SISTEMUL DE ALIMENTARE CU GAZE COMBUSTIBILE.

1. Sectorul Gaze Naturale. Contextul europeean şi naţional al dezvoltării acestora.

Prin noţiunea de Sector de Gaze Naturale se înţelege ansamblul activitatilor desfasurate de agentii economici pentru productia, transportul, tranzitul, inmagazinarea, distributia, furnizarea si utilizarea gazelor naturale, precum si instalatiile, utilitatile si echipamentele folosite pentru realizarea acestor activitati.

Sectorul gazelor naturale a cunoscut, pe plan european, o serie de transformări menite să creze piaţa unică europeana a gazelor naturale.

Bazele crearii pietei unice a gazelor naturale in Uniunea Europeana s-au pus, in concordanta cu prevederile Directivei Europene 55/2003 La Forumul de la Madrid.

Totodata, la initiativa Comisiei Europene, la „Procesul de la Atena”, s-au pus bazele piaţei regionale de energie in Europa de Sud-Est pana in anul 2005, ca prim pas al asigurării procesului de integrare graduala a acesteia in piata interna de energie a Uniunii Europene.

Pe plan naţional, în ultimii ani, s-au produs de asemenea profunde transformari, creându-se, pe de-o parte cadrul legislativ care asigură functionarea sectorului si a pietei gazelor naturale, in conditii de eficienta, siguranta, concurenta si transparenta, pe de altă parte structurile care să permită acest lucru şi nu in ultimul rand armonizarea acestora cu structurile similare europene.

De asemenea s-a urmărit luarea tuturor măsurilor necesare pentru o bună protecţie a consumatorilor si mediului.

Pe plan naţional a fost creata Autoritatea Nationala de Reglementare in Domeniul Gazelor Naturale – ANRGN, institutie publica autonoma cu personalitate juridica, ce elaboreaza, aplica si urmareste sistemul de reglementari obligatorii la nivel national, necesar in vederea organizarii si functionarii pietei gazelor naturale in conditii de eficienta, siguranta, concurenta, transparenta si de protectie a consumatorilor si a mediului.

Prin ANRGN, începand cu anul 2003, România a devenit observator la Grupul European al Reglementatorilor din sectorul Energiei Electrice si cel al Gazelor Naturale, expertii români fiind implicati in Grupurile de Lucru care activeaza in domeniile referitoare la inmagazinare gazelor naturale si la transportul transfrontalier, avand contributii importante la crearea proiectelor de documente in aceste domenii.

În acest context, in cadrul autoritatii a fost dezvoltat si implementat un sistem de management al calitatii in conformitate cu Standardul International ISO 9001:2000.

|

Pentru integrarea pietei interne a gazelor naturale in piata europeana comuna, au fost aplicate o serie de masuri menite să faciliteze procesul de integrare. Printre aceste măsuri merită menţionate:

elaborarea reglementarilor tehnice si comerciale specifice; liberalizarea graduala a pietei, proces ce va continua, pana la asigurarea

deschiderii integrale a acesteia in anul 2007, anul aderarii Romaniei la Uniunea Europeana.

implementarea unor noi metodologii de tarifare prin care s-a urmarit stimularea operatorilor licentiati in vederea realizari de investitii si reducerii costurilor operationale;

monitorizarea si controlul activitatii agentilor economici autorizati si licentiati. cresterea graduala a preturilor reglementate.

O realizare importanta pentru sectorul gazelor naturale din ultimii ani o reprezinta intrarea in vigoare a Legii Gazelor nr. 351/2004, publicata in Monitorul Oficial nr. 679/28 iulie 2004. Astfel, s-a realizat armonizarea legislatiei interne cu prevederile Directivei Europene a Gazelor nr. 2003/55/CE, sub conditia respectarii principiului subsidiaritatii.

Formarea si consolidarea pietei libere constituie cheia unor avantaje considerabile, dintre care cele mai importante sunt: dezvoltarea competitiei, cresterea sigurantei in aprovizionarea cu gaze naturale, facilitarea tranzactiilor.

În cadrul prezentului curs se vor aborda problemele legate de proiectarea si executarea sistemelor de alimentare cu gaze naturale combustibile pentru consumatorii din cladiri civile, de productie, instalatii tehnologice si alte amenajari din localitati urbane, rurale si din afara lor, în actualul context politico-economic şi tehnic.

2. BAZE TEORETICE.

2.1. Gaze. Generalită i. Legile gazelor. Dinamica gazelor.ț

2.1.1.Gaze combustibile. Definiţii.

Prin gaze combustibile se înteleg, conform standard SR 3317:2003 gazele folosite în practicã în scopul arderii.

Dupã provenienta lor, gazele combustibile se împart în douã categorii:

Gazele naturale, constituite din hidrocarburi saturate, cu continut variabil de impuritãti - hidrogen sulfurat, azot etc., extrase din zãcãminte subterane si utilizate în stare brutã, sau dupã alimentarea impuritãtilor prin operatii simple de separare a fractiunilor solide si lichide;

Gaze artificiale, produse prin prelucrarea combustibililor solizi inferiori.

Din punct de vedere tehnic si economic, prezintã interes, în special, gazele naturale libere, cunoscute si sub denumirea de gaz metan, datoritã continutului ridicat de metan: 98 99%.

|

Acest combustibil are avantajul cã este usor de extras si transportat si are o putere calorificã ridicatã - aproximativ 8125Kcal/m3, la temperatura de 15oC - fiind utilizat atât în instalatii individuale, cât si în centrale termice urbane sau industriale.

Gazele pot fi transportate până la punctele de consum:

în diferite moduri:o sisteme de transport si distribuţie prin reţele de conducte, o transportul prin intermediul recipientelor

la diferite presiuni pot servi în diferite scopuri:

o la încălzire şi preparare apa caldă;o la diferite procese tehnologice.

O categorie aparte o constituie:

gazele naturale lichefiate (GNL) , gaze naturale care in urma unor procese specifice sunt aduse in stare lichida si stocate in recipienti speciali.

gazele naturale comprimate pentru vehicule (GNCV), gaze naturale stocate in butelii prin comprimare la 200-250 bari, in scopul utilizarii drept combustibili pentru vehicule cu motoare termice.

gaze petroliere lichefiate (GPL), un amestec de hidrocarburi cu continut de peste 90% in volum al unei hidrocarburi aciclice nesaturate, alta decat etilena si propilena sau unul dintre izomerii sai izolati.

3.Proprietăţile generale ale gazelor

3.1.Noţiunea de gaz ideal şi gaz real

”Gazul ideal” este: o noţiune termodinamică abstractă; constituit din particule fără structură şi fără dimensiuni.

Ecuaţia termică de stare: Este funcţia implicită care corelează presiunea, volumul şi temperatura unei

anumite cantităţi de gaz:f (p,V,T)=0 (Ecuație 1)

corespunde numai unei stări de echilibru, pentru care presiunea şi temperatura au valori diferite, uniforme în toată masa, deci:nu se poate aplica decât unei substanţe omogene şi izotrope (cu aceleaşi proprietăţi pe orice direcţie).

• este valabilă în cazul limită, când P→0.

Ecuaţia de stare a gazului ideal pentru n moli de substanţă este:

|

pV=nRT (Ecua ie ț 2)

unde, R este constanta universală a gazelor ideale, care are următoarele valori:

R=0,08205 l·atm·mol-1·K-1

R=83,14 cm3 bar·mol-1·K-1

R=8,3143 J mol-1·K-1

R=1,98717 cal mol-1·K-1

cu notaţiile: K-temperatura în grade Kelvin, mol-numărul de moli, J-joule, atm-atmosfera în scară manometrică.

”Gazul real” se abate de la starea ipotetică ideală.

Ecuaţia de stare a gazului reale se diferen iază de ecuaţia de stare a gazului țideal datorită:

• interacţiunii moleculelor ce apar la valori finite ale presiunii: respingerea care apare la o apropiere foarte mare a moleculelor de gaz; atracţia intermoleculară.

În literatura de specialitate a fost propus un număr relativ mare de ecuaţii de stare pentru gazele reale. Pentru stududiul gazelor combustibile prezintă interes:

a. Ecuaţia de stare cu factor de neidealitate

pV=ZRT (Ecuație 3)

unde Z este factorul de neidealitate/factor de compresibilitate.

Z este definit de ecuaţia de stare (pentru un mol de gaz):

Pentru calcularea lui Z se poate utiliza şi formula empirică propusă

Z=1+PT¿Ecuație 4)

b. Ecuaţia Van der Waals Este cea mai cunoscută ecuaţie de stare pentru gazele reale.

A fost propusă de Van der Waals în anul 1872 sub forma:

(P + a/V2)(V − b) = RT (Ecuație 5)

în care coeficienţii a şi b au valorile următoare:

• a=2764

×R2×T c

2

Pc

nRT

|

• b=R T c

8 Pc

unde :

Tc temperatura critică şi

Pc presiunea critică.

În prezent există relaţii mai exacte.

Ecuaţia (5) este utilă pentru calcule rapide, estimative.

Pentru n moli de gaz, ecuaţia (5) devine:

(P+ an2

V 2 ) ( v−nb )=nRT (Ecua ie ț 6)

a. Ecuaţia Redlich-Kwong A fost propusă iniţial în 1949 de Redlich şi Kwong sub forma:

P= RTv−b

− a

T 0,5V (V +b)¿Ecua ie ț 7)

Unde:

• a=0,4275R2T c

2,5

Pc

• b=0,08664R Tc

Pc

O altă formă a ecuaţiei (7) este:

Z=PVRT

= VV−b

−Ab

V +bF ¿Ecua ie 8)ț

Cu coeficienţii:

• A=[3(21/3-1)2]-1=4,934 • b=0,08664R Tc

Pc• F=T r−1,5

b. Ecuaţii de stare cu coeficienţi de virial Leyda a propus o ecuaţie pentru corelarea datelor experimentale P-V-T de forma:

Z=PVRT

=1+B2

V+

B3

V 2+…(Ecuație 8)

sau:

|

Z=PVRT

=1+A2 P+A3 P2+…¿Ecuație 9)

Ecuaţia poartă denumirea de ecuaţia Holborn-Otto, cu coeficienţii de virial. Coeficien ii sunt legaţi prin relaţiile:ț

• B2=RT A2

• B3=R2 T2(A3+A22)

3.2 Punct critic. Mărimi pseudocritice.

Reprezentarea grafică (figura 1.), cu ajutorul unor curbe izoterme a variaţiei presiunii gazului în funcţie de volum, la diferite temperaturi, pentru gaze reale pune în eviden ă o porţiune orizontală a izotermelor unde presiunea rămâne constantă, înț timp ce volumul se micşorează, porţiune care corespunde lichefierii gazului. Punctul din dreapta al fiecărei porţiuni orizontale reprezintă începutul condensării, iar cel din stânga terminarea condensării.

Temperatura critică – reprezintă temperatura pentru care porţiunea orizontală a izotermei se reduce la un punct. La temperaturi superioare temperaturii critice, gazul nu se mai condensează, el rămâne gaz permanent.

Coordonatele punctului critic sunt: • temperatura critică, Tc; • presiunea critică, Pc; • volumul molar critic, Vc.

Punctul critic reprezintă cea mai înaltă temperatură şi presiune la care mai este posibilă coexistenţa în echilibru a fazelor de vapori şi de lichid.

Fig. 1I – lichid; II – vapori umezi; III – vapori supraîncălziţi; IV – gaz necondensabil; C –

punctul critic.

Amestecuri de gaze-mărimi pseudocritice

|

Există gaze care sunt formate din amestecuri de doi sau mai mulţi componenţi. La acestea, starea critică nu mai coincide cu cea mai înaltă temperatură şi cea

mai înaltă presiune la care cele două faze pot coexista în echilibru. La amestecuri, şi în special la amestecul de hidrocarburi, pe lângă punctul

critic real, se mai ia în consideraţie şi punctul pseudocritic, necesar în corelarea mai exactă a proprietăţilor fizice cu temperatura şi presiunea redusă.

În figura 2. se prezintă punctul critic şi pseudocritic (Tyn M.T.): Punctele a şi b reprezintă punctele critice ale componenţilor care formează

amestecul; • C – punctul pseudocritic;• C– punctul critic real al amestecului şi se găseşte la intersecţia dintre curbele

de presiune de vapori ale amestecului, corespunzătoare la 0% şi la 100% vaporizate

În figura 2, se prezintă punctul critic şi pseudocritic al unui amestec de două hidrocarburi. A şi B reprezintă curbele de presiune de vapori ale hidrocarburilor respective dintr-un amestec, iar curba D, reprezintă presiunea medie molară de vapori a amestecului, iar a şi b reprezintă valorile critice ale hidrocarburilor care formează amestecul.

Figura 2

Pentru calculul mărimilor pseudocritice se folosesc relaţiile:

– Temperatura pseudocritică (Tcm):

T cm=∑i

y iT ci¿Ecua ie ț 10)

– Presiunea pseudocritică (Pcm):

Pcm=R∑i

( y¿¿ i¿Zci)Tcm

∑i

( y¿¿ i¿V ci)¿¿¿¿¿Ecua ie ț 11)

|

3.3 Compresibilitatea gazelor

Starea ideală a gazelor este reprezentată prin relaţia Clapeyron:

pV=nRT (Ecua ie ț 12)

Factorul care ţine seama de neidealitatea gazelor se numeşte factor de compresibilitate şi exprimă raportul dintre volumul gazului şi volumul calculat din ecuaţia de stare a gazelor ideale:

Z= pVRT

¿Ecua ie ț 13)

în care: • V – volumul molar; • T – temperatura absolută; • R – constanta universală a gazelor.

Pentru gazele ideale, Z=1 pentru gazele reale Z<1, exceptând cazurile substanţelor cu valori mari pentru Tr şi Pr. Factorul de compresibilitate se reprezintă adesea ca o funcţie de Tr şi Pr:

Z=f(Tr, Pr)

Pentru această ecuaţie s-au ridicat diagrame de către diferiţi autori, diagrame ce pot servi la determinarea cu uşurinţă a factorului de compresibilitate.

V ir=V

R T c

Pc

Ecua ie ț 14

Cunoscând Tc şi Pc (temperatura şi presiunea critică), pentru un fluid, este posibilă estimarea proprietăţilor volumetrice ale fluidului, precum şi variaţia acestora cu temperatura şi presiunea.

În afara ecuaţiei care ia în consideraţie temperatura şi presiunea, se introduce un al treilea parametru, factorul acentric .Valoarea =0 arată sfericitatea gazului ω ωideal. Atunci când apar deviaţii de la sfericitate, >0. ω

În acest context, rezultă că toate moleculele cu acelaşi factor acentric au aceeaşi funcţie: Z=f(Tr, Pr).

Înlocuind funcţia cu o expresie lineară s-a obţinut ecuaţia :

Z=Z (0)(T r ,P r¿+ω z (1 ) (T r ,P r )¿Ecuație 15)

În figura 3 se determină factorul de compresibilitate Z, Z(0) reprezentând

valoarea obţinută pentru moleculele sferice, iar Z(1) corecţia care ţine seama de nesfericitate:

|

Figura 3Notaţii: T, Tc – temperatura, temperatura critică, K; p– presiunea, bar; V– volumul molar, cm3/mol; Vc– volumul critic, cm3/mol; R – constanta universală a gazelor;

– factor acentric; ωZ– factorul de compresibilitate, Pc– presiunea critică, bar

Coeficientul de compresibilitate , se defineşte în relaţia variaţiei volumului, la βtemperatură constantă:

dV=- Vdp (β Ecua ie ț 16)

Semnul minus arată că la o creştere a volumului gazului, are loc o scădere a presiunii acestuia, şi invers. Coeficientul de elasticitate este definit ca inversul lui : β

E=1/ (β Ecua ie ț 17)

Pentru lichide, este foarte mic ( =5,12x10β β -10m2/N), iar pentru gaze, este βfoarte mare, gazele fiind fluide compresibile, comportarea lor fiind dată de ecuaţia de stare.

În anumite situaţii, gazele pot fi considerate aproximativ incompresibile, pentru valori ale criteriului Mach, Ma<0,3.

3.4. Difuzia în gaze şi difuzia liberă la presiuni joase

Difuzia este un fenomen de transport spontan, produs de inegalitatea de concentraţie în masa unui fluid (lichid sau gaz).

În regim staţionar, cantitatea de masă dM care difuzează în timpul dt prin suprafaţa A datorită gradientului de concentraţie dc/dx este:

dM=−DAdcdx

dt ¿Ecua ie ț 18)

|

În această relaţie, D este coeficientul de difuzie, o mărime ce depinde de natura fluidului şi de condiţiile de stare ale sistemului. Unitatea de măsură a coeficientului de difuzie este (m2/s).

În funcţie de numărul fluidelor existente în sistem, există mai multe forme ale coeficientului de difuzie:

-coeficient de autodifuzie la diluţie infinită (D0BA) a componentului B în A pur; -coeficientul de difuzie (DAA) a componentului A în A pur; -coeficient de difuzie mutuală (DBA) a componentului B într-un

amestec de A şi B, respectiv (D1n) a componentului 1 într-un amestec de n componente. Până în prezent nu au putut fi stabilite corelaţii între DEE şi D0AB sau între DAA şi D0BA . Din punct de vedere al mecanismului, difuzia în gaze poate fi de trei feluri:

difuzie liberă; difuzie Knudsen; difuzie în regim intermediar.

Difuzia liberă are loc prin ciocniri între molecule, în număr mult mai mare decât ciocnirile moleculelor cu peretele vasului care conţine gazul. Acest regim de difuzie corespunde presiunilor uzuale, când drumul liber mijlociu este mult mai mic decât dimensiunile vasului.

Difuzia Knudsen are loc în condiţiile în care drumul liber mijlociu este de acelaşi ordin de mărime cu dimensiunile recipientului (de exemplu: la presiuni foarte scăzute sau la trecerea gazului prin materiale poroase).

Între cele două limite se găseşte regimul de difuzie intermediară. În cele ce urmează se vor discuta numai relaţiile de calcul pentru coeficienţii de difuzie liberă.

Difuzia liberă în gaze la presiuni joase Coeficienţii de autodifuzie ai gazelor la presiune atmosferică pot fi calculaţi cu

ecuaţiile Stiel-Thodos : – pentru Tr ≤1,5:

DAA=4 ,6× 10−7 M 0 , 5 Pc3 ,3

y T c

16

(1 , 391T r−0 ,381)2/3Ecua ie ț 19

– pentru Tr>1,5:

DAA=4 ,6× 10−7 M 0 , 5 Pc3 ,3

y T c

16

T r7 /8

Ecua ie ț 20

în care: • Pc, (bar); • , (kg/mγ 3); • DAA, (m2/s).

Dacă se cunoaşte vâscozitatea gazului la temperatura T, se poate utiliza ecuaţia Chapman-Enskog :

|

DAA=1 ,32 ×10−4 RTMp

AEcua ie ț 21

în care: ηa, (P); DAA,(m2/s).

3.5 Densitatea gazelor pure şi a amestecurilor de gaze

Componenţi puri Densitatea absolută a gazelor şi vaporilor reprezintă masa volumică, considerată în condiţii normale (0ºC şi 760 mm Hg). Cunoscând masa moleculară a gazului:

ρ= M22,41

, kg/N m3 Ecua ie 22ț

Variaţia densităţii cu temperatura şi presiunea pentru gazele ideale se determină din ecuaţia gazelor:

pV= GM

RT Ecua ie 23ț

GV=ρ=Mp

RT Ecua ie 24ț

Ecuaţia se poate aplica pentru gazele ideale şi pentru cele reale, până la valori ale presiunii de p= 3 bari. Pentru gazele reale se introduce şi factorul de compresibilitate Z:

ρ=MP

ZRTEcua ț ie25

Densitatea amestecurilor de gaze

Se foloseşte una din ecuaţiile anterioare, pe baza masei moleculare a amestecului şi coeficientul de compresibilitate pentru amestec:

ρ=M amP

Zm RTEcua ț ie 26

Masa amestecului este:

M am=∑i=1

i=n

M ixi Ecuaț ie 27

M am=∑i=1

i=n

gi

∑i=1

i=n gi

M i

Ecua ț ie28

în care gi – greutăţile diverşilor componenţi din amestec;

|

Zm=∑i=1

i=n

z ixi Ecua ț ie 29

3.6 Vâscozitatea gazelor În interiorul fluidelor apar eforturi tangenţiale la interfaţa care separă două porţiuni

de fluid, atunci când straturile sale, vecine cu elementul de suprafaţă, au o mişcare relativă de alunecare unul faţă de altul. Vâscozitatea este o funcţie de stare a fluidului şi este definită ca o forţă de forfecare pe unitatea de suprafaţă.

Din masa unui fluid se delimitează un paralelipiped ale cărui feţe paralele A şi A’ sunt situate la distanţa y, având aria A (figura 1.4). Acest paralelipiped se deformează Δsub acţiunea unei forţe F, forţă tangenţială, astfel încât faţa A se deformează cu o viteză

W mai mare decât viteza cu care se deplasează faţa A’: Δ

F=A∆ W∆ y

Ecua ț ie 30

Fig.4

¿ ∆ W∆ y

Ecua ț ie 31

unde este factor de proporţionalitate sau coeficient de vâscozitate dinamică. Această ηrelaţie exprimă legea lui Newton de proporţionalitate între efortul unitar tangenţial şi gradientul de viteză:

||=|σy|= tensiune∗lungime

vitez ă=|M||¿| Ecua ț ie32

Unitatea de viscozitate, în sistemul internaţional, este 1kg/m·s=N·s/m2; se mai utilizează şi 1g/cm·s=1P=102cP=103mP=106 P (1P-1 Poise). μ

Fluiditatea este inversul vâscozităţii dinamice : Ф η

¿ 1 Ecua ț ie 33

Coeficientul de vâscozitate cinematică se defineşte prin relaţia:

¿ρ

Ecua ț ie 34

Când un gaz este supus la o forţă de forfecare astfel încât apare o mişcare în masă, moleculele au în orice punct vectorul vitezei întregii mase adăugat la vectorul întâmplător de viteză. Deşi teoria proprietăţilor de transport în gaze este relativ simplă, totuşi este destul de complicat de stabilit o ecuaţie care să poată fi utilizată direct de calculul vâscozităţii. Dacă gazul este tratat într-un mod mai simplu, este posibil a se stabili relaţiile generale între vâscozitate, temperatură, presiune şi forma moleculelor.

|

Pentru calcule mai riguroase este necesar să se aplice anumiţi factori de corecţie. Se presupune un model elementar, la care nu se iau în consideraţie interacţiunile moleculare, moleculele fiind de forma unor sfere rigide cu diametrul , masa „m” şiσ mişcându-se întâmplător cu viteza v. În interiorul gazului există o similitudine între cele trei forme de transport, difuzie (D), vâscozitate ( ) şi conductivitate termică ( ) η λ

Fluxul demas ă=−Dmd ni

dz=−L

3∙d ρi

dzEcuaț ie35

Fluxul de frecare internă=−d v y

dz=−L

3∙mn

d v y

dzEcuaț ie36

Fluxul deenergie=−dTdz

=−L3

∙ CndTdz

Ecua ț ie 37

Aceste ecuaţii definesc coeficienţii de transport D, , ; n esteη λ numărul de molecule. Dacă viteza este proporţională cu (R·T/M)1/2 şi drumul liber mediu cu (nσ2)-1, expresia coeficientului de vâscozitate dinamică va fi:

¿mρ L

3=(const .)∙

T12 M

12

σ2 Ecua ț ie 38

Unde: M este greutatea moleculară g/mol; T – temperatura, K; – diametrul sferei rigide.σ Această relaţie arată dependenţa coeficientului de transport de

temperatură, masă şi diametrul moleculei. Relaţii similare se scriu şi pentru difuzia şi conductivitatea termică. Pentru vâscozitate, valoarea constantei este de 26,69:

¿26,69 ∙T

12 M

12

σ2 Ecuaț ie39

În realitate, între molecule există forţe de interacţiune care trebuie luate în consideraţie. Aceasta se face pe baza cunoscutei teorii Chapman-Enskog, introducând potenţialul de energie (r). ψ

Luând în consideraţie forţele de interacţiune, relaţia anterioară devine:

¿26,69 ∙TM

12

σ2 Ecua ț ie 39

în care Ων este integrala de ciocniri moleculare.

3.7 Căldura specifică a gazelor reale şi ideale

Variaţia căldurii sensibile implică o variaţie de temperatură a sistemului fără schimbarea stării de agregare. Pentru intervale mici de temperatură căldura este proporţională cu temperatura, conform ecuaţiei calorimetrice:

dQ = cMdt (Ecua ia40)ț

în care: - M este cantitatea de materie (în kg sau moli); -c este un factor de proporţionalitate, caracteristic fiecărei substanţe, numit „căldură

|

specifică” (dacă M este dat în kilograme) sau „căldură molară” (dacă M este dat în moli). Pentru a determina căldura cedată sau absorbită de un corp în intervalul de temperatură [t1, t2], trebuie să se integreze ecuaţia anterioară:

Q=∮t 1

t 2

cMdt Ecua ț ie 41

Căldurile specifice şi molare sunt funcţii neliniare de temperatură, astfel că, în calculele practice este preferabil să se înlocuiască integrala (1.44) cu o relaţie mai simplă:

Q=|cm|t1

t2 M (t 2−t1)Ecua ț ie 42

În care |cm|t1

t2 este căldura specifică medie în intervalul [t1,t2]. Ecuaţia sa de definiţie, dedusă din relaţiile () şi () este:

|cm|t1

t2=∫t 1

t 2

cdt

(t 2−t 1)Ecua ț ie 43

Integrala se poate rezolva cunoscând funcţia după care căldura specifică variază cu temperatura.

Căldura specifică a gazelor ideale Energia calorică Q, necesară încălzirii unui gaz este egală cu creşterea energiei

interne U, plus lucrul mecanic executat de sistem pentru creşterea volumului V, la presiunea p a sistemului, adică:

dQ=dU+pdV (1.44)

Când variaţia de volum este nulă, de exemplu atunci când încălzirea se face la volum constant, într-un vas închis, căldura specifică, numită în acest caz, „căldura specifică la volum constant” este:

c0 =( dQ

dt )=dUdt

Ecuaț ie 45

Dacă încălzirea se face la presiune constantă, în calcule se va utiliza „căldura specifică la presiune constantă”:

c p0=( dQ

dt )p

=dUdt

+ pddt=[d (U+pV )

dt ]p

Ecuaț ie 46

şi notând cu U+pv=H entalpia gazului, rezultă că:

c p0=( dH

dt )p

Ecua ț ie 47

O mărime importantă în diverse calcule termodinamice este raportul:

|

¿c p

0

c0 1Ecua ț ie 48

Din ecuaţia gazelor ideale pV=RT se deduce prin diferenţiere, la presiune constantă că:

pdV=RdT (Ecua ie 49)ț

de unde, împreună cu ecuaţiile anterioare rezultă că:

c p0−c

0 =pdVdt=R Ecua ț ie 49

Pe baza teoriei cinetice a gazelor ideale s-au calculat căldurile specifice şi raportul lor , γcorelaţia între c p

0 şi c

0 fiind dată în tabelul următor:

c p0 c

0 γ

cal/molºC J/molºC cal/molºC J/molºC

Gaze monoatomice

5 /2 R ≈ 520,9

3/ 2 R ≈ 312,5

5/3 ≈ξ 1,6

Gaze biatomice

7 /2 R ≈ 729,3

5 /2 R ≈ 520,9

7/5 ≈ξ 1,4

Gaze triatomice

8/ 2 R ≈ 833,5

6/ 2 R ≈6 25,2

8/6 ξ≈1,33

Tabelul 1

În calculele tehnice, pentru vaporii substanţelor organice care au o temperatură suficient de ridicatăşi p<4 bar, se poate utiliza căldura specifică

pentru starea de gaz ideal c p0 fără a se introduce erori substanţiale.

Căldura specifică a gazelor reale

Capitolul a prezentat metodele de determinare a căldurii specifice pentru gaze pure în stare de gaz ideal. Căldura specifică a gazelor pure reale se poate exprima în funcţie de căldura specifică a gazului în stare ideală cu relaţia:

c p=cp0+∆ c p Ecua ț ie 50

unde: Δcp – este căldura specifică reziduală;

c p0

– căldura specifică a gazului în stare ideală. Căldura specifică reziduală se poate exprima pentru un gaz de compoziţie cunoscută, la presiune constantă astfel:

|

∆ cp=T∫0

(2 PT2 )dV−

T (PT )

2

V

( PV )

T

−R

Ecua ț ie 51

sauc p−cp

0=(∆ cp )(0 )+(∆ c p )

(1 ) Ecua ț ie 52

3.8 Conductivitatea termicăşi entropia

Conductivitatea termică exprimă fluxul de căldură într-un mediu omogen, raportat la unitatea de timp şi de suprafaţă perpendiculară pe direcţia de flux, precum şi la gradientul de temperatură. Conductivitatea termică este dată de relaţia:

qx=dtdx

Ecua ț ie 53

unde: qx este fluxul de căldură pe direcţia x; t – temperatura; x – distanţa. Conductivitatea

termică este o constantă fizică specifică naturii şi stării de agregare a fiecărei substanţe. Unităţile consacrate sunt: kcal/m·h·K, W/m·K 1

În funcţie de valorile conductivităţii termice, substanţele se pot clasifica în: materiale izolante: =0,023÷0,12W/m·K=0,02÷0,1 kcal/m·h·grd λ materiale de construcţie: =0,58÷3,5W/m·K=0,5÷3,0 kcal/m·h·grd λ metale: =8,72÷458W/m·K=7,5÷394 kcal/m·h·grd. λConductivitatea termică prezintă importanţă în studiul fenomenelor de transmisie a

căldurii. Conductivitatea termică se poate determina experimental prin metode bazate pe măsurarea efectului termic. În lipsa datelor experimentale, se pot folosi unele relaţii de calcul stabilite pe baze teoretice şi prin metode statistice.

Conductivitatea termică a gazelor ideale Conductivitatea termică a gazelor ideale poate fi determinată cu o relaţie de forma:

¿Lcn

3=constant ă ∙

T12

M122

Ecua ț ie 54

unde: v – viteza medie a moleculei de gaz; L – distanţa liberă medie între 2 molecule; cv – capacitatea calorică la volum constant; n – numărul de atomi din moleculă. Această ecuaţie nu este satisfăcătoare deoarece nu ţine seama de întreaga energie înmagazinată în moleculă. Pentru gaze monoatomice, care nu au libertate de vibraţie sau rotaţie, s-a ajuns la următoarea relaţie:

1 Transformările uzuale sunt:

W/m·K·0,5778=Btu/h·ft·ºF

W/m·K·0,86=kcal/m·h·K W/m·K·2,388·10-

3=cal/cm·s·K Btu/h·ft·

ºF·1,731=W/m·K

Kcal/m·h·K·1,163=W/m·K cal/cm·s·K·418,7=W/m·K

|

¿2,63 ∙10−23 ∙(T /M)

12

2∙

Ecuaț ie55

unde: M este masa moleculară, kg/mol;

Ω – o integrală de coliziune, adimensională.

Pentru gaze monoatomice Ω=1, moleculele acestora fiind considerate

sfere rigide. În urma studiului energiilor moleculare s-a ajuns la concluzia că pentru gazele monoatomice numărul Prandtl se poate exprima sub forma:

N Pr=CP

∙ M=2,5

Ecua ț ie 56

unde: =Cγ P/Cv. Pentru gaze monoatomice are de obicei valoarea 5/3 iar γ NPr≈2/3, valoare foarte apropiată de cea determinată experimental. Aceste considerente au condus la o relaţie mai simplă pentru determinarea conductivităţii termice pentru gaze monoatomice:

∙ M

C=2,5 Ecuaț ie57

Relaţia este cunoscută sub denumirea de Factor Eucken. Această relaţie nu este aplicabilă la gaze poliatomice în care forţele de interacţiune moleculară sunt complexe. Luând în considerare energiile de translaţie precum şi energia internă a moleculei, pentru gazele poliatomice se poate utiliza relaţia:

∙M

C=1,32+

1,77C

R

=1,32+1,77

CP

R−1

Ecua ț ie 58

O altă mărime des folosită este entropia.

Expresia dS = (1/T)dQ , adică raportul dintre cantitatea de căldură schimbată

într-o transformare infinitezimalăşi temperatura la care decurge schimbul, defineşte funcţia de stare, numită entropia S. Astfel, variaţia finită de entropie între două stări 1→2 este:

S2−S1=∆ S=∮1

2dQT

Ecua ț ie 59

Entropia unui sistem la echilibru este egală cu suma entropiilor părţilor componente. În sisteme izolate, entropia creşte în toate procesele naturale (ireversibile). În cazul proceselor izoterme-izobare reversibile, de tipul tranziţie de fază (vaporizare, condensare, topire) variaţia entropiei este:

S2−S1=∆ S= ∆ HT

Ecuaț ie59

|

În cazul proceselor izobare reversibile (încălzire, răcire, etc.) în care dQ=CPdT, variaţia entropiei este:

S2−S1=∆ S=∮1

2 CP dT

TEcua ț ie 60

Dacă se cunoaşte o relaţie polinominală pentru CP de tipul:

CP= a + bT + cT 2 + ..... (Ecua ț ie 61)

se obţine variaţia entropiei sub forma:

∆ S=alnT 2

T 1

+b (T 2−T 1 )+c2(T 2

2−T12)+…Ecuaț ie61

Entropia standard a substanţelor complexe

Entropia standard (ST0

) reprezintă entropia elementelor sau a substanţelor

complexe considerate în stare de gaz ideal la 1 atmosferăşi temperatura T. Dacă se cunoaşte S0 la o temperatură T1, atunci se poate calcula S0 la altă temperatură T2 cu relaţia:

ST 2

0 =ST1

0 +∮T 1

T 2 CP

TdT Ecuaț ie 62

3.9. Puterea calorifică inferioarăşi superioară

Cantitatea de căldură eliberată la arderea unei unităţi de volum (greutate) de combustibil se numeşte putere calorifică. Puterea calorifică se măsoară în: [kcal/mol]; [kcal/kg]; [J/kg];

[J/m3]; [kcal/m2] Puterea calorifică se determină experimental prin metode calorimetrice

(cu bomba calorimetrică). Atunci când puterea calorifică nu poate fi determinată experimental, se poate estima prin metode de calcul. Puterea calorifică superioară (Qs) la presiune constantă reprezintă căldura dezvoltată prin arderea unei unităţi de masă (volum) de gaz aflat la aceeaşi temperaturăşi presiune cu aerul de combustie şi gazele de ardere – apa conţinută în gaz şi cea rezultată prin ardere fiind în stare lichidă. Puterea calorică inferioară (Qi) la presiune constantă reprezintă căldura dezvoltată prin arderea unei unităţi de masă (volum) de gaz aflat la aceeaşi temperaturăşi presiune cu aerul de combustie şi gazele de ardere, apa conţinută în gaz şi cea rezultată prin ardere fiind în stare de vapori.

Pentru estimarea puterii calorice a combustibililor gazoşi se folosesc relaţii empirice în funcţie de masa moleculară :

Qs=(0,5M+1,57)·103, kcal/m3 gaz la 0ºC (Ecua ț ie63)

|

Qi=(0,47M+1,03)·103, kcal/m3 gaz la 0ºC (Ecua ț ie 64)

Pentru hidrocarburi olefinice, puterea calorifică superioarăşi inferioară este:

Qs=(0,496+1,1)·10-3, kcal/m3gaz la 0ºC (Ecua ț ie 65)

Qi=(0,463M+1,04)·10-3, kcal/m3gaz la 0ºC sau: Qi=Qs-(6a+54H) (Ecua ț ie 66)

M–masa moleculară a combustibilului gazos; a–conţinutul de apă în gaz, %; H–conţinutul de hidrogen în gaz.

3.10. Limitele de explozie ale gazelor şi ale amestecurilor

Limitele de explozie inferioarăşi superioară delimitează domeniul în care se produce explozia unui gaz inflamabil, aflat în amestec cu aerul, la apariţia unei scântei. Se exprimă în procente volum de gaz inflamabil în amestec cu aerul. Limitele de explozie prezintă o importanţă deosebită în industria chimicăşi petrochimică; cunoscând limitele de explozie pentru un anumit gaz, pot fi stabilite măsurile ce se impun pentru operarea instalaţiilor în siguranţă.

Limitele de explozie ale componenţilor Limitele de explozie în oxigen şi în aer, la temperaturăşi presiune normală pot fi calculate în funcţie de numărul de atomi de oxigen necesari pentru arderea unei molecule de combustibil. Limita inferioară de explozie:

Li=1

A−1100 Ecua ț ie 67

pentru gaze sau vapori în oxigen, şi

Li=1∙ 100

4,85(A−1)Ecua ț ie 68

pentru gaze sau vapori în aer. Limita superioară de explozie:

– pentru gaze sau vapori în oxigen:

Ls=4 ∙100

AEcua ț ie69

– pentru gaze sau vapori în aer:

Ls=4 ∙1004,85 A

Ecua ț ie70

unde: A este numărul de atomi de oxigen necesari arderii unei molecule de combustibil (la dioxid de carbon şi apă).

|

Limitele de explozie ale amestecurilor Limita inferioară de explozie pentru un amestec se poate determina în funcţie de compoziţia molară a amestecului, cu relaţia:

Liam= 1

∑i=1

n yi

Lii

Ecua ț ie71

în care: yi este fracţia molară a componentului i din amestec. Limitele de explozie variază cu presiunea, intervalul în care poate avea loc explozia crescând odată cu creşterea presiunii. Limitele de explozie sunt modificate şi de prezenţa în amestec a unor gaze inerte (azot, bioxid de carbon) şi anume ambele limite sunt mărite concomitent cu reducerea domeniului în care se poate produce explozia. Acest lucru se datorează scăderii concentraţiei de oxigen din amestec. La concentraţii crescute de gaz inert şi anume, la un raport mare de gaz inert faţă de gazul inflamabil explozia nu se mai produce.

3.11. Temperatura de inflamabilitate

Substanţele organice, pure sau amestecurile lor, pot degaja prin evaporare, la temperaturi inferioare punctului normal de fierbere, vapori care, împreună cu aerul înconjurător, formează, în anumite condiţii, amestecuri explozive.

Temperatura la care o substanţă poate degaja suficienţi vapori astfel ca, în amestec cu aer şi în prezenţa unei flăcări, să facă explozie se numeşte „temperatura de inflamabilitate” a substanţei respective.

Determinarea experimentală a temperaturii de inflamabilitate se efectuează cu aparatura şi în condiţiile precizate de STAS 32-80 „Determinarea punctului de inflamabilitate în vas închis Abel-Pensky”.

În lipsa datelor experimentale, temperatura de inflamabilitate a unei substanţe pure, pentru care se cunoaşte curba presiunii de vapori, se poate calcula cu relaţia :

M ∙ Pi =785,3 torr Ecuaț ie72

în care M este greutatea moleculară a substanţei,

Pi - presiunea de vapori

vcorespunzătoare temperaturii de inflamabilitate, (torr).

Faptul că, în general, valoarea calculată cu relaţia anterioară este ceva mai mică decât cea experimentală, asigură o marjă de siguranţă în proiectare. Pentru amestecuri cu compoziţia cunoscută se recomandă relaţia:

∑i

M i ∙ x i ∙ Pii=785,3 torr Ecuaț ie73

în care: xi este fracţia molară a componentului i în amestec.

Determinarea temperaturii de inflamabilitate se face prin încercări succesive, astfel: se presupune o temperatură ti, din curbele de presiune de

|

vapori ale componenţilor amestecului se citesc Pvii

la temperatura ti; valorile Mi, xi şi Pvii

se introduc în relaţia anterioară.

Dacă suma obţinută este diferită de 785,3 torr, se presupune altă temperatură ti şi se reia calculul. Pentru hidrocarburi (pure sau fracţii) se pot obţine rezultate bune cu relaţia următoare: i −3 ⋅

1/Ti =−0,024209 + 2,84947 /Tf + 3,4254 ⋅10-3 lnTf (Ecua ț ie 74)

în care: Ti este temperatura de inflamabilitate, K, iar Tf – temperatura normală de fierbere.

3.12. Proprietăţile principale ale gazelor naturale combustibile

Proprietăţile fizice principale ale gazelor naturale combustibile, de care trebuie să se ţină seama la proiectarea, execuţia, exploatarea şi întreţinerea acestor instalaţii, sunt următoarele: presiunea, temperatura, densitatea, vâscozitatea şi puterea calorifică.

3.3.1. Stări de referinţă pentru gazele combustibile naturale Parametrii de stare ai gazelor naturale combustibile se exprimă la o anumită stare

de referinţă, care poate fi: starea normală fizică, starea normală tehnicăşi starea de referinţă standard.

Starea normală fizică, notată cu indicele N, are următoarele caracteristici: temperatura normală fizică, tN = 0°C (sau TN = 273,15 K ); presiunea normală fizică, pN = 101325 N/m2 = 1,01325 bar.

Starea normală tehnică, notată cu indicele n, este caracterizată prin: temperatura normală tehnică, tn = 20°C(sau Tn = 293,15K); presiunea normală tehnică, pn = 98066 N/m2 = 0,98066 bar.

Pentru instalaţiile de gaze combustibile naturale, se consideră că temperatura de 15°C este aproape egală cu media temperaturilor anuale la care gazele trec prin contoare şi de aceea se foloseşte starea de referinţă standard, notată cu indicele s, definită prin:

temperatura standard, ts = 15°C (sau Ts = 288,15 K ); presiunea standard egală cu presiunea normală fizică, ps = pN .

3.3.2. Treptele de presiuni în instalaţiile de gaze combustibile naturale

Presiunea gazelor combustibile naturale în zăcămintele subterane este variabilă, astfel că, după captare şi tratare sunt comprimate cu compresoare de gaze în sistemul de transport şi distribuţie.

Datorită necesităţilor de transport şi de utilizare, presiunea gazelor în diverse părţi ale reţelelor are valori diferite, numite trepte de presiuni.

Prin treaptă de presiune se înţelege intervalul cuprins între limitele maximăşi

|

respectiv minimă, a presiunilor admise în reţelele şi instalaţiile de utilizare a gazelor combustibile naturale.

Treptele de presiuni utilizate sunt: presiune înaltă, peste 6 bari; presiune medie,

între 6 şi 2,00 bari, pentru conducte de oţel; între 4 şi 2 bar, pentru conducte din polietilenă;

presiune redusă, între 2 şi 0,05 bari; presiune joasă, sub 0,05 bari.

Valorile treptelor de presiuni au fost stabilite avându-se în vedere: siguranţa în funcţionare a sistemului de alimentare cu gaze, caracteristicile funcţionale ale regulatoarelor de presiune, debitmetrelor (contoarelor) şi aparatelor de reglaj şi automatizare; presiunile de utilizare a arzătoarelor şi a altor aparate care funcţionează cu gaze combustibile naturale.

Treptele de presiuni delimitează diferite părţi componente ale unui sistem de alimentare cu gaze combustibile naturale.

3.3.3. Densitatea gazelor combustibile naturale

Densitatea (masa volumică) reprezintă masa unităţii de volum de gazρ omogen, în condiţii determinate de temperaturăşi presiune şi se exprimă prin relaţia:

ρ=m[kg /m3]Ecua ț ie 75

Pentru domeniile uzuale de presiuni şi temperaturi de utilizare, gazele naturale combustibile se supun legilor gazelor perfecte. În aceste condiţii şi ţinând seama că densităţile gazelor sunt date în tabele la starea normală fizică, determinarea densităţii a gazului la o stare oarecare (p,T), se face cunoscând densitatea ρ ρN la starea normală, se face cu ajutorul relaţiei:

ρ=ρn

T N

pN

∙pT[kg /m3]Ecua ț ie 75

În tabelul următor sunt date valorile densităţii gazului metan pentru câteva temperaturi, la presiune normală:

T[K] 273,15 283,15 288,15 293,15 313,15 323,15 333,15 373,15[kg/ρ

m2]0,716 0,691 0,679 0,667 0,624 0,605 0,587 0,524

Tabelul 2În practica de dimensionare a conductelor de gaze combustibile naturale se

foloseşte mărimea numită densitatea relativă a gazului în raport cu aerul, definită caδ raportul între densitatea a unui anumit volum de gaz şi densitatea aceluiaşi volumρ de aer a, în aceleaşi condiţii de temperaturăşi presiune: ρ

δ= ρρa

Ecua ț ie 76

gazul şi aerul fiind considerate gaze ideale. Densitatea relativă a unui gaz este o mărime adimensională. La starea de referinţă normală fizică, densitatea aerului este

aρ N = 1,293 kg/m3 astfel că, densitatea gazului va fi ρN = 1,293 . δ

|

3.3.4. Vâscozitatea gazelor combustibile naturale

Vâscozitatea gazului intervine când abaterile gazului real de la modelul de calcul al gazului ideal sunt importante.

În calcule se utilizează coeficientul cinematic de vâscozitate [mυ 2/s] definit ca raportul dintre coeficientul dinamic de vâscozitate şi densitatea a gazului: μ ρ

¿ρ

Ecua ț ie77

Vâscozitatea gazului variază cu temperatura şi presiunea:

= ν f (p,T ) (Ecua ț ie 78)

3.3.5. Calitatea gazelor naturale

Se efectuează determinări de laborator pentru stabilirea următoarelor elemente: compoziţia chimică, puterea calorifică inferioarăşi superioară, determinarea hidrogenului sulfurat, a sulfului mercaptanic şi implicit a sulfului total, punctul de rouă, astfel:

a) Compoziţia chimică a gazelor naturale, respectiv densitatea relativă se determină cu ajutorul gaz-cromatografului de laborator şi/sau cu gaz-cromatograful de linie, conform legislaţiei în vigoare.

b) Puterea calorifică inferioarăşi superioară a gazelor naturale livrate se calculează pe baza compoziţiei chimice determinate cu ajutorul cromatografului de laborator la condiţiile metrului cub, în conformitate cu prescripţiile standardului ISO 6976.

Buletinele de analiză vor fi transmise Serviciului Calitate Gaze a STGN. Gazele etalon utilizate la calibrarea gaz-cromatografelor se vor livra în recipiente însoţite de certificate de calitate.

c) Determinarea hidrogenului sulfurat, a sulfului mercaptanic şi implicit a sulfului total se face tot cu ajutorul gaz-cromatografelor de laborator.

Determinarea conţinutului de mercaptan în gazele naturale se poate efectua şi cu ajutorul analizoarelor cu senzori specifici.

d) Punctul de rouă se determină cu ajutorul unor aparate specializate (analizoare) cu senzor specific. Determinările vor fi efectuate lunar sau trimestrial în prezenţa şi cu acordul părţilor, iar la punctele cu probleme, ori de câte ori este nevoie. Cererile pentru determinări suplimentare se întocmesc în scris, cu justificarea solicitării.

Determinările vor fi efectuate la condiţiile de presiune şi temperatură din punctul de predare/preluare comercială. Furnizorul va asigura un punct de rouă al apei de cel puţin –5°C, la presiunea de livrare, urmând ca într-o perioada de 24 luni, la punctele de predare/preluare comercială unde această condiţie nu este îndeplinită, să-şi monteze echipamente de uscare a gazelor naturale care să asigure –15 °C la presiunea din punctul de predare/preluare comercială.

Calitatea unui gaz natural este definită prin compoziţia sa şi prin următoarele proprietăţi fizice:

componente principale: putere calorifică, indice Wobbe; componente minore: densitate, factor de compresibilitate; urme de constituenţi: densitate relativă, punct de rouă (preluat din SR ISO 13686,

pct. 3.6). Pentru analiza gazului se prelevează probe, operaţiunea trebuind efectuată în

conformitate cu SR ISO 10715 – Gaz natural – Prelevare de probe, iar punctele de prelevare vor fi cele amplasate pe sistemul de măsurare. În cazul în care prelevarea

|

probelor se face în scopul soluţionării divergenţelor, atunci aceasta trebuie să fie efectuată în prezenţa reprezentanţilor părţilor.

3.4. Arderea gazelor naturale combustibile

3.4.1 Generalităţi Procesul de ardere este o oxidare intensă a substanţelor combustibile, însoţită de

degajare de căldurăşi emisie de lumină. Elementele care participă la procesul arderii se numesc reactanţi iar cele care rezultă sunt produşii arderii în care constituenţii principali sunt gazele de ardere. Elementele chimice care prin ardere dezvoltă căldurăşi emit lumină sunt carbonul, hidrogenul şi sulful. Emisia de lumină, într-un proces de ardere, se realizează frecvent prin flacără. După valorile vitezei de propagare v a frontului de ardere se disting trei procese de ardere: deflagraţia, v < 30 m/s; detonaţia 30 < v < 200 m/s; explozia, v > 200 m/s. În mod uzual, în instalaţiile de ardere a gazelor combustibile naturale se utilizează deflagraţia. Arderea unui combustibil se produce în două stadii: aprinderea şi arderea propriu-zisă.

Procesul de aprindere se caracterizează printr-o perioadă iniţială, când prin reacţia de oxidare lentă se acumulează energie termică însoţită de ridicarea temperaturii. În această perioadă, combustibilul şi oxigenul trebuie să fie aduşi într-o stare de agitaţie moleculară care să asigure contactul între moleculele lor şi, în felul acesta, posibilitatea reacţiilor necesare arderii. Când se ajunge la un anumit nivel de temperatură, reacţia se accelerează brusc şi se transformă în ardere propriu-zisă. Pentru ca arderea să poată continua, cantitatea de căldură degajată trebuie să fie suficientă pentru a aduce în stare de reacţie o cantitate, cel puţin egală, de amestec din imediata vecinătate.

Arderea este un fenomen exotermic de oxidare care se caracterizează prin necesitatea unui aport termic din exterior în faza iniţialăşi care se desfăşoară, în continuare, în condiţii naturale, fără aport termic din exterior.

În consecinţă, rezultă că arderea se va produce atunci când temperatura va atinge un anumit punct, numit punct de aprindere, amestecul gaz combustibil – oxigen va fi între anumite limite, iar viteza de ardere va avea o anumită valoare.

3.4.2. Temperatura de aprindere Temperatura până la care trebuie încălzit un gaz combustibil pentru a se aprinde

se numeşte temperatură de aprindere. Ea este o caracteristică specifică fiecărui gaz. În general, temperatura de aprindere este mai coborâtă la arderea în oxigen pur

(uscat), decât la arderea în aer sau oxigen umed. Azotul, umiditatea, gazele inerte, impurităţile din gazul combustibil împiedică contactul dintre moleculele gazului şi moleculele de oxigen şi temperatura de aprindere este necesar să fie mai mare decât în oxigen pur (tabelul 1.3).

Temperaturile de aprindere ale câtorva gaze combustibile

Gazul combustibil În aer atmosferic În oxigen uscat Denumirea Simbolul [K] 0C [K] 0CHidrogen Oxid de carbon Gaz metan Acetilenă Etilenă

H2 CO CH4 C2H2 C2H4

843 883 923 608 813

570 610 650 335 540

833 863 808 568 758

560 590 535 295 485

|

Etan Propan Butan

C2H6 C3H8 C4H10

793 753 733

520 480 460

-743 553

-470 280

Tabelul 3

În mod practic, aducerea gazului la temperatura de aprindere se realizează printr-o scânteie sau cu o flacără, astfel încât în punctul unde atinge masa amestecului gaz-

oxigen, îl

încălzeşte până la această temperatură.

3.4.3.Limite de amestec

Dacă volumul mic de gaz aprins iniţial nu poate degaja o cantitate suficientă de căldură încât să aducă în starea de ardere gazul din imediata lui vecinătate, arderea nu poate avea loc. Aceasta se poate întâmpla fie din cauză că este prea puţin gaz în amestecul gaz-oxigen, fie că este prea mult gaz şi prea puţin oxigen.

Proporţia minimă de gaz, în procente de volum, în amestecul gaz combustibil-aer pentru care arderea poate avea loc se numeşte limită inferioară de amestec, iar proporţia maximă de gaz, limită superioară de amestec.

Limita de amestec pentru arderea câtorva gaze combustibile, la temperatura şi presiunea normală (în % volum), sunt prezentate în tabelul următor:

În afara limitelor de amestec, arderea nu poate avea loc, chiar dacă sa făcut aprinderea cu aport de căldură din afara sistemului.

3.4.4. Viteza de ardere În procesul arderii există o perioadă iniţială, numită perioadă de iniţiere, în care

reacţia dintre gaz şi oxigen are loc lent, cu o viteză mică, pentru ca apoi la atingerea temperaturii de aprindere viteza să crească brusc, reacţia să devină intensă. Această reacţie violentă face ca în punctele iniţiale unde s-a aprins amestecul să aibă loc o degajare violentă de căldură ,care va aduce în stare de ardere volumele de gaz învecinat,

|

Gazul combustibil Limita în aer Limita în oxigen Denumirea Simbolul Inferioară Superioară Inferioară Superioară Hidrogen Oxid de carbon Gaz metan Acetilenă Etilenă Etan Propan Butan

H2 CO CH4 C2H2 C2H4 C2H6 C3H8 C4H10

4,0 12,5 5,1 2,3 3,0 3,0 2,1 1,7

74,2 74,0 15,0 81,0 33,5 14,0 9,3 8,4

4,0 15,5 5,0 2,8 3,0 3,9 2,2 1,8

94,0 94,0 65,0 93,0 80,0 50,5 45,0 40,0

Tabelul 4

făcând ca arderea să se propage în tot volumul. Deci, propagarea flăcării în amestecul de gaz combustibil-aer are loc ca rezultat al

propagării căldurii prin conducţie de la produse calde de ardere la amestecul învecinat. O asemenea ardere este normală.

Viteza cu care un volum mic de gaz aduce în stare de ardere amestecul din vecinătatea lui poartă denumirea de viteză de propagare a arderii sau viteză de ardere.

Viteza de ardere depinde de compoziţia gazului, concentraţia lui în amestec, de temperatură, presiune, conductibilitatea termică a amestecului, precum şi de căldura specifică medie.

Viteza maximă de ardere se stinge atunci când, după ardere, în gazele arse nu mai rămâne nici gaz combustibil nici oxigen.

Vitezele maxime de ardere în aer pentru câteva gaze combustibile (la 0,098 MN/m2 şi 293 K) sunt prezentate în tabelul 1.5.

Gazul combustibil Viteza maximă de ardere [cm/s]

Concentraţia de gaz pentru obţinerea vitezei maxime [% volum]

Denumirea Simbolul

Hidrogen Oxid de carbon Gaz metan Acetilenă Etilenă Etan Propan Butan

H2 CO

CH4 C2H2 C2H4 C2H6 C3H8

C4H10

267 41,5 37

131 63 45 41 37

42 43 10

10,2 7

6,3 4,2 3,3

Tabelul 5

Pentru amestecuri de gaze combustibile, ca viteză de ardere, se consideră media vitezelor de ardere ale componentelor.

3.4.5. Autoaprinderea şi explozia

Amestecul de gaz combustibil se poate autoaprinde, fără vreo intervenţie din exterior, prin simpla încălzire până la o anumită temperatură. Temperatura la care amestecul se autoaprinde se numeşte temperatură de autoaprindere.

Temperaturile de autoaprindere şi limitele de explozie pentru câteva gaze combustibile sunt prezentate în tabelul următor:

Gazul combustibil Temperatura de autoaprindere

Limita de explozie [% volum în aer]

Denumirea Simbolul [K] [°C] Inferioară Superioară Hidrogen Oxid de carbon Gaz metan Acetilenă Etilenă Etan Propan Butan

H2

CO CH4

C2H2

C2H4

C2H6

C3H8

C4H10

843 878 923 578 723 743 719 703

570 605 650 305 450 470 446 430

4,15 12,80 5,00 2,40 3,10 3,00 1,50 1,60

75,00 75,00 16,00 82,00 32,00 15,00 9,50 8,50

Tabelul 6

|

3.4.6. Arderea completă, arderea incompletă

Se numeşte completă, arderea în care toate elementele combustibile, precum şi compuşii lor care ard s-au oxidat complet, conform ecuaţiilor teoretice de ardere. Când gazele arse sunt considerate la temperatura de referinţă (273 sau 288 K), vaporii de apă sunt condensaţi, volumul lor este neglijabil, comparativ cu cel ocupat în stare de gaz. În acest caz, gazele de ardere sunt considerate ca fiind compuse numai din CO2 şi N2 .

În practică, se ajunge foarte rar la o ardere completă. În funcţie de condiţiile de presiune, temperaturăşi conţinutul amestecului, o parte din compuşi rămân în stadii intermediare, rezultând compuşi care ar mai putea arde. O asemenea ardere este denumită incompletă, fiind caracterizată în special prin apariţia oxidului de carbon (CO) în gazele de ardere. Combinarea dintre gazele combustibile şi oxigen fiind foarte violentă, în gazele de ardere nu se găseşte gaz combustibil complet nears, chiar dacă condiţiile de ardere nu sunt complet îndeplinite.

Fiind evacuate incomplet oxidate, o parte din componentele combustibile ale gazului nu sunt complet valorificate, eliminându-se odată cu ele cantitatea de căldură nedezvoltată.

Principalele cauze care duc la arderea incompletă sunt: aer insuficient sau repartizat neuniform; nerealizarea condiţiilor de ardere pentru o parte din componenţiicombustibilului; impurităţi ale gazului combustibil sau ale aerului; construcţia necorespunzătoare a arzătoarelor; neglijenţe în reglarea, urmărirea şi controlul arderii.

3.5. Proprietăţi ale gazelor petroliere lichefiate-GPL

Prin gaze petroliere lichefiate, prescurtat GPL, se înţeleg acele produse petroliere care sunt constituite din amestecuri variabile de hidrocarburi gazoase (etan, metan, butan) şi care în condiţii ambiante, sunt în stare de vapori, dar pot fi uşor lichefiate. În România, prin gaz petrolier lichefiat – notat prescurtat GPL şi comercializat sub denumirea de ARAGAZ – se înţelege produsul petrolier constituit din amestec de butan (minim 90%) şi propan (maxim 9%).

Denumirea de ARAGAZ este o denumire comercialăşi provine din prescurtarea numelui Astra Română Gaz, a gazului petrolier lichefiat (GPL) cu caracteristicile definite în STAS 66-78, conţinând, în principal max 12% C3 şi min. 87% C4, cu presiunea de vapori de max. 7,5 bar/500 C. În conformitate cu prescripţiilor ISCIR, amestecurile de hidrocarburi C1 – C4 sunt încadrate în mai multe categorii după presiunea de vapori şi masa volumicăşi anume : amestecuri de tip A, Ao, B şi C.

Aceste amestecuri au următoarele proprietăţi: – amestecul de tip A: la 700C are o tensiune de vapori ce nu depăşeşte 11 bari şi la 500 C o masă volumică nu mai mică de 0,525 Kg/l; – amestecul de tip Ao: la 700 C are o tensiune de vapori ce nu depăşeşte 16 bari şi la 500 C o masă volumică nu mai mică de 0,495 Kg/l;În comerţ, aceste amestecuri (A şi Ao) se numesc, în mod curent, butan (comercial). – amestecul de tip B: la 700C are o tensiune de vapori ce nu depăşeşte 26 bari şi la 500C o masă volumică nu mai mică de 0,450 Kg/l; – amestecul de tip C: la 700 C are o tensiune de vapori ce nu depăşeşte 31 bari şi la 500C o masă volumică nu mai mică de 0,440 Kg/l. Amestecurile de hidrocarburi B şi C sunt

|

denumite comercial propan.

În momentul lichefierii gazelor, volumul se reduce considerabil, determinând depozitarea şi manevrarea uşoară a acestora. Un volum mic de GPL conţine un volum considerabil de energie termică potenţială. In momentul utilizării, GPL poate reveni în starea sa de vapori, pentru a fi utilizat de client ca un combustibil gazos.

Moduri de obţinere a GPL-ului GPL-gazele petroliere lichefiate se obţin atât din gazele naturale propriuzise, din gazele

de sondăşi cele asociate, cât şi din gazele de rafinărie. Gazele naturale propriu-zise se extrag din zăcăminte gazeifere şi conţin cantităţi

variabile de metan, etan, propan şi butan. Gazele de sondă şi cele asociate provin din zăcămintele de ţiţei şi conţin cantităţi

variabile de hidrocarburi gazoase (metan, etan, propan, butan) cât şi hidrocarburi lichide (pentan, hexan, heptan, octan).

Gazele de rafinărie se obţin în instalaţiile de distilare atmosferică a ţiţeiului sau în instalaţiile de prelucrare distructivăşi în special din procesele termice şi termo catalitice (reformarea, cracarea, coxarea etc.), de prelucrare a diferitelor fracţiuni petroliere provenite din ţiţei.

4.Separarea sistemelor eterogene

Sistemele eterogene sunt amestecuri de doi sau mai multi componenti aflati in stare de agregare diferita. Acestea sunt formate din doua sua mai multe faze: o faza dispersa, denumita si faza discontinua divizata in faza continua denumita si faza dispersanta. Starea fizica a unui sistem eterogen este determinata de starea de agregare a fazei continue. Sistemele eterogene fluide sunt prezentate in tabelul V.4.

Tabelul 7. Sisteme eterogeneFaza continua Faza discontinua Sistemul eterogen

Gaz Lichid Ceata Solid Praf, fum

Lichid Gaz Spuma Lichid Emulsie Solid Suspensie

Sisteme de tipul celor prezentate in tabelul V.4 rezulta dintr-o serie de operatii ale unor tehnologii de fabricatie si, cel mai adesea, este necesara separarea fazelor, fie pentru valorificarea componentilor, cand acestia prezinta utilitate, fie in scopul purificarii mediului de dispersie de particulele dispersate in acesta. Pentru separarea fazelor unui sistem eterogen se folosesc diverse operatii care apartin uneia dintre urmatoarele metode: actiunea diferentiata a unor forte asupra fazelor sistemului ( forta gravitationala,

centrifuga, inertiala, electrica, etc ); retinerea fazei discontinue prin modificarea fortelor de suprafata;

|

retinerea fazei discontinue pe suprafata si in porii unui material poros, care permite trecerea numai a fazei continue ( filtrare ).

Principalele metode de separare a unor sisteme eterogene sunt prezentate in tabelul . Alegerea metodei si a utilajului de separare depinde de proprietatile sistemului eterogen: viteza de sedimentare, dimensiunile fazei discontinue, starea de agregare si debitul fazei continue, concentratia fazei discontinue, etc. In multe dintre operatiile de separare fenomenul care sta la baza realizarii operatiei este sedimentarea. Sedimentarea consta in depunerea particulelor fazei discontinue la baza sau pe peretii utilajelor de separare, sub actiunea diferentiata asupra fazelor a unei forte exterioare, care poate fi: forta gravitationala, centrifuga, forta de inertie sau cea creata de un camp electric. Daca depunerea particulelor se face fara ca acestea sa interactioneze intre ele ( ciocniri, aglomerari, etc ) se realizeaza o sedimentare libera. Practic, lipsa interactiunilor este intalnitala la sistemele eterogene in care concentratia fazei discontinue este discontinue este redusa. In cazul unor sisteme eterogene in care concentratia fazei discontinue este mare, particulele interactioneaza intre ele in timpul sedimentarii, iar fluxul fazei continue care se deplaseaza in sens contrar particulelor este seminificativ, in comparatie cu sedimentarea libera. Aceste fenomene determina ca viteza de sedimentare sa fie mai mica in cazul acestor sisteme eterogene si de aceea se spune ca in acest caz are loc o sedimentare franata.

Sedimentarea libera

Pentru a stabili viteza cu care are loc sedimentarea particulelor in sisteme eterogene in care nu se manifesta interactiuni intre particule ( sedimentare libera ), se considera o particula a fazei disperse ( o particula solida, o picatura de lichid sau o bula de gaz ). Asupra acesteia actioneaza urmatoarele forte: o forta exterioara, Fe, forta de

plutire ( forta arhimedica ), Fp, si o forta de rezistenta, Fr, (fig……). In functie de

relatia dintre densitatea fazei discontinue, ρD, si densitatea fazei continue, ρC se intalnesc urmatoarele situatii:

Tabelul 8Sistemul eterogen Metoda de separarePraf Separare uscata

Separare umeda Filtrare Separare electrica Separare sonica

Suspensie DecantareFiltrareCentrifugare

a. Cand, ρD> ρC, atunci si Fe > Fp , iar rezultanta fortelor este orientata in sensul de

actiune al fortei exterioare ceea ce face ca particula sa se deplaseze in aceeasi directie; b. Cand, ρD < ρC , si Fe < Fp, iar rezultanta fortelor este orientata in sensul de actiune

al fortei de plutire si particula se deplaseaza in aceasta directie;

|

c. Cand, ρD = ρC , atunci si Fe= Fp, ceea ce face ca particula sa nu se deplaseze in

nici o directie si deci in acest caz nu se poate realiza separarea sistemului eterogen ( forta exterioara nu actioneaza diferentiat asupra fazelor sistemului ).

Sedimentarea are loc numai in cazul in care, ρD> ρC,. In aceste conditii, particula se deplaseaza cu viteza uniform accelerata pe directia de actiune a fortei rezultante:

Fig.5

In relatiile (……..), v, este viteza particulei, m, este masa particulei, a, este acceleratia fortei exterioare, , este coeficientul de rezistenta la curgerea in jurul unui corp imersat in fluid, iar, A, este aria proiectiei conturului particulei pe un plan perpendicular pe directia ei de deplasare. Prin urmare, relatia (…..), in forma explicitata, devine:

Dupa punerea in miscare a particulei, singura forta variabila este forta de rezistenta, a carei valoare creste cu patratul vitezei. La o anumita valoare a vitezei particulei, forta de rezistenta egaleaza rezultanta fortelor ( F – F ), astfel incat:

Ceea ce inseamna ca: , deci, . Prin urmare din acest moment particula se deplaseaza, in continuare, cu viteza constanta, v=v0, denumita viteza de sedimentare libera, iar relatia (...),

devine:

Dupa impartirea relatiei (V.69) prin, m, si regruparea termenilor, rezulta:

|

Daca forta exterioara este gravitatia, atunci a = g, iar daca forta exterioara este forta centrifuga, a = . Introducand notiunea de factor de separare, notat cu, k, si definit ca raport intre forta centrifuga si forta gravitationala:

acceleratia centrifuga, poate fi exprimata in functie de acceleratia gravitationala: . In aceste conditii se poate considera cazul general cand forta exterioara este forta centrifuga, cand relatia (...70), devine:

Ecuatia (….) are avantajul ca atunci cand k=1, este valabila pentru camp gravitational, iar pentru k>1, este valabila la sedimentarea in camp centrifug. Din relatia (...) se exprima viteza de sedimentare libera:

Pentru particolele sferice

și relația…….. devine:

Coeficientul de rezistenta, ξ, se determina in functie de valoarea criteriului Reynolds, calculat cu relatia:

Se cunoaste de la curgerea in jurul corpurilor imersate ca dependenta lui, ξ, de Re se modifica pentru doua valori critice ale lui Reynolds si anume la Re = 2 si la Re = 500. Dependenta Re = f(ξ), pentru particule sferice netede, este prezentata in fig. ….24. Pentru calculul vitezei de sedimentare libera se utilizeaza metoda prin incercari succesive, care presupune adoptarea unui domeniu de sedimentare, pentru care se calculeaza viteza, folosind relatia corespunzatoare, Re = f(ξ). Dupa calcularea vitezei de sedimentare se calculeaza Reynolds pentru a verifica daca valoarea acestuia

|

corespunde domeniului adoptat. De exemplu, daca se adopta domeniul lui Stokes, atunci:

Care înlocit în relația, conduce la:

Fig.6.Viteza de sedimentare libera poate fi determinata si din ecuatii criteriale, care dau relatia dintre Reynolds si Arhimede. Pentru a stabili forma acestor ecuatii se procedeaza astfel: se ridica la patrat relatia (…...), obtinandu-se:

Pe de alta parte, din expresia lui Reynolds, rezulta:

, din care:

|

Din relatiile (….) si (……), rezulta:

De unde:

Dar, criteriul lui Arhimede are expresia :

Pentru sedimentare in camp gravitational ( k=1), relatia (V.83) ia forma:

Prin urmare, pentru valorile critice Re = 2 si Re = 500, corespund urmatoarele valori critice ale criteriului Arhimede:

din care

|

Sau

Utilizarea ecuatiilor criteriale se face astfel: se calculeaza valoarea criteriului Arhimede si in functie de aceasta se stabileste domeniul de sedimentare. In functie de domeniu se alege ecuatia criteriala corespunzatoare din care se calculeaza Reynolds, apoi din expresia lui Reynolds se calculeaza viteza de sedimentare libera. Pentru determinarea diametrului particulelor care sedimenteaza cu o anumita viteza s-a introdus criteriul lui Liascenko, definit astfel:

Fig.6.

Relatia dintre Liascenko, Arhimede si Reynolds este data sub forma unor grafice, de forma celor din fig. ……, prezentate in manualele de specialitate. Daca se impune viteza de sedimentare, se calculeaza Liascenko, si din grafic se citeste valoarea corespunzatoare a lui Arhimede, din care se calculeaza diametrul particulelor, Curba (1) din fig. ….. se refera la dependenta Re = f(Ar), pentru particule sferice, iar curba (2) da relatia Li = f(Ar), tot pentru particule sferice. Curbele (3), (4), (5) dau relatia Li = f(Ar) pentru particule de alte forme decat cea sferica.

|

3.Structura sistemului de alimentare cu gaze naturale. Schema generalã. Elemente componente.

În mod generic, prin sistemul de alimentare cu gaze se înţelege totalitatea instalatiilor, echipamentelor si dotarilor aferente acestora, funcţional şi tehnologic interconectate, destinate captãrii, tratãrii, distributiei si utilizãrii gazelor naturale (fig.1), unde:

|

Fig. 1 - Schema sistemului de alimentare cu gaz: 1. Sonda pentru extractie; 2. Încãlzitor; 3. Ventil de reglare a presiunii gazului; 4. Separator de apã; 5. Compensator; 6. Separator de ulei; 7. Conductã de transport;

Schema prezentată mai sus este o schemî generală şi un astfel de sistem poate să se întindă pe un areal foarte extis, depăşind în foarte multe cazuri graniţele naţionale.

În acest context, se disting, din punct de vedere administrativ următoarele sisteme:

Sistemul National de Transport al Gazelor Naturale, S.N.T. este sistemul de transport al gazelor naturale in regim de inalta presiune, de peste 6 bari, constituit din conducte magistrale, precum si din toate instalatiile, echipamentele si dotarile aferente acestora, prin care se asigura preluarea gazelor naturale extrase din perimetrele de exploatare sau a celor provenite din import si transportul acestora in vederea livrarii catre distribuitori, consumatorii directi, la export si/sau la inmagazinare.

Sistem de Transport si/sau de Distributie, ansamblul retelelor de transport si/sau de distributie a gazelor naturale conectate intre ele, inclusiv instalatiile si echipamentele aferente.

3.1. Captarea gazelor

Se face prin intermediul sondelor de extractie, la temperatura si presiunea existentã.

Gazele pãtrund în coloana de exploatare, perforatã în zona orizontului productiv, de unde, prin intermediul coloanei de captare, sunt preluate în instalatia de colectare. Presiunea în coloanã si în capul de eruptie este controlatã si corectatã prin intermediul dispozitivelor de reglaj, (fig.2).

3.2. Tratarea gazelor

Comportă în principiu urmãtoarele operatiuni:

încãlzirea la presiune constantã;

separarea vaporilor de apã;

ridicarea presiunii, în vederea mãririi capacitãtii de transport;

odorizarea.

Separarea vaporilor se realizeazã dupã condensare, în separatoare gravimetrice sau centrifugale, (fig.3). Condensarea are loc ca urmare a reducerii presiunii si temperaturii gazelor prin laminare adiabaticã, la trecerea printr-un ventil de laminare.

Separatoarele gravimetrice sunt alcãtuie dintr-un tronson de conductã cu sectiunea mai mare decât cea a conductei de

|

Fig. 2 - Sonda pentru captarea gezelor1.Coloanã de foraj; 2.Coloanã de exploatare; 3.Orificii; 4.Coloana de extractie; 5.Dispozitiv pentru suspendarea tevilor de extractie; 6. Dispozitiv de reglare a debitului; 7. Robinet de retinere; 8 - 9. Manometru; 10. Tevi; 11. Robinet cu sertar; 12. Racord superior.

transport, racordat la partea inferioarã la un colector, din care condensul este evacuat periodic.

În separatoarele centrifugale, gazele sunt introduse tangential si evacuate central. Condensul se colecteaza la baza aparatului, de unde este purjat. Ridicarea presiunii se face prin intermediul compresoarelor, dupã purificarea gazelor în separatoare de impuritãti. Gazele cu presiune ridicatã sunt trecute prin saparatoarele de ulei si injectate în conducta de transport.

a. b.

Fig.3 - a. Separator gravimetric; b. separator centrifugal: 1a. Conductã de gaze; 2a. Sicane; 3a. Colector; 4a. Tevi de legatura; 1b. Coloana metalica cilindrica; 2b. Stut lateral; 3b. Partea

tronconica; 4b. Conducta de evacuare a apei; 5.b. Conducta de evacuare a gazului.

Întrucât gazele naturale sunt inodore, pentru semnalarea scãpãrilor accidentale din retelele de distributie si instalatiile de utilizare, se practicã odorizarea gazelor, astfel încât sã poatã fi recunoscutã prezenta lor la o concentratie minimã de 1% din volumul aerului ambiant.

Ca odorizant se foloseste etilmercaptanul, un produs petrolier secundar, în doze de 1,2 1,6 Kg/100.000m3 gaze, în conditii normale de presiune si temperaturã.

Odorizarea se face prin vaporizare sau prin injectie, fig.4, de obicei la consumatori, în statiile principale de reglare a presiunii.

Instalatia de odorizare prin vaporizare se monteazã pe o conductã de ocolire a conductei principale de transport, prin care este trecut o parte din debitul vehiculat. In rezervor se produce evaporarea intensã a odorizantului si antrenarea acestuia în curentul de gaze, ca urmare a diferentei de presiune din conducta principalã.

Instalatiile prin ejectie preiau din conducta de transport o cantitate de gaze care este amestecatã cu odorizantul si reinjectatã în conductã cu ajutorul unui compresor.

|

a. b.

Fig.4 Instalatie de odorizare : a - prin vaporizare; b - prin injectie.

3.3. Transportul si distributia gazelor.

In functie de destinaţia reţelei în cadrul sistemului de transport si distribuţie, precum şi funcţie de materialul utilizat la realizarea reţelelor de conducte, în sistemele de alimentare cu gaze naturale se folosesc diferite regimuri de presiuni, dupã cum urmeazã:

presiune medie - intre 6 si 2 bar pentru conducte din otel si PE 100 si intre 4 si 2 bar pentru conducte din PE 80;

presiune redusã - intre 2 si 0,05 bar;

presiune joasã - sub 0,05 bari.

Transportul gazelor de la sursã la consumatori, localitãti sau mari industrii, se realizeazã prin conducte magistrale, la presiune înaltã sau medie, în functie de presiunea zãcãmântului si de distanta de transport.

De la conductele magistrale, prin intermediul statiilor de predare, care realizeazã reducerea si reglarea presiunii, mãsurarea debitelor si odorizarea gazelor, sunt transmise în sistemele de distributie, sau direct la comsumatori.

Prin sistem de distributie a gazelor naturale într-o localitate, se întelege, după cum s-a precizat anterior, ansamblul de conducte si accesorii prin care se asigurã alimentarea utilizatorilor la debitele si presiunile necesare.

Principalele componente ale sistemului de distributie sunt, (fig.5):

sursa de alimentare - reprezentatã prin statiile de reglare-măsurare de predare (S.R.M.P.) - 2;

retelele de repartitie - (R.R.) - 5, care asigurã alimentarea marilor consumatori industriali si a statiilor de reglare-mãsurare de zonã sau sector;

instalatiile de reglare a presiunii - reprezentate prin statiile de reglare-mãsurare de zonã, de sector - 8, sau la mari consumatori industriali (S.R.M.) - 6;

retelele de distributie (R.D.) - 10, care asigurã distributia gazelor de la instalatiile de

|

1. Conductã de transport.

2. Rezervor odorizant;

reglare - mãsurare de consumatori;

bransamente (B) - 11, care alimenteazã consumatorii de la reteaua de distributie pânã la posturile de reglare individuale (P.R.) - 12, sau direct, la instalatiile de utilizare 4.

Pentru asigurarea exploatãrii si întretinerii în conditii de sigurantã si securitate, în sistemele de distributie se integreazã dispozitivele si aparatura auxiliarã pentru mãsurã si control, de protectie contra coroziunii, pentru preluarea deformatiilor din variatii de temperaturã, pentru localizarea avariilor si scoaterea din functiune a diferitilor consumatori etc.

Cerintele principale pe care trebuie sã le îndeplineascã sistemele de distributie sunt urmãtoarele:

Sã asigure alimentarea neântreruptã a consumatorilor deserviti, la debitele şi presiunile solicitate

|

Sã aibã o alcãtuire cât mai simplã şi robustã, pentru a permite exploatarea şi întretinerea în conditii de securitate;

Sã permitã sectionarea elementelor componente în vederea efectuãrii operatiunilor de exploatare şi întretinere.Alegerea treptelor de presiune se face in functie de marimea localitatii, de

repartizarea numarului consumatorilor si cerintele de presiune ale acestora, in una din urmatoarele variante:

retea de repartitie cu presiune medie si retea de distributie cu presiune redusa; retea de distributie de presiune redusa.

|

In instalatiile de utilizare industriale (fig. 6), se admit toate treptele de presiune mentionate anterior

Stabilirea presiunii pentru instalatiile de utilizare industriale, se face in functie de

presiunea de regim a aparatelor de utilizare.

In instalatiile de utilizare neindustriale din cladiri civile (fig. 7), se admit urmatoarele trepte de presiune:

in instalatiile exterioare: presiune redusa si/sau joasa; in instalatiile interioare: presiune joasa.

|

Conform normelor tehnice de propiectare-execuţie gaze în instalatiile de utilizare pentru cladiri de locuit se admite numai presiunea joasa, atat in instalatiile exterioare cat si in cele interioare. Fac excepţie de la aceste prevederi centralele termice montate in cladiri separate sau in cladiri civile (inclusiv de locuit) dotate cu instalatii de ardere pentru presiune redusa, pentru care se admite utilizarea presiunii de maxim 0,5 bar, cu conditia intrarii conductei din exterior direct in centrala.

|

4. CONCEPŢIA SISTEMELOR DE ALIMENTARE CU GAZE COMBUSTIBILE.

4.1.Alegerea formei şi structurii sistemului.

|

Forma si structura sistemului de alimentare cu gaz pentru o localitate depind de mai multi factori printre care cei mai importanti sunt:

configuratia si mãrimea localitãtii;

structura, mãrimea si perspectivele consumului;

repartizarea diverselor tipuri de consumatori (concentrarea consumatorilor industriali sau a altor consumatori importanti).

Pentru o localitate de întindere redusã este suficientã o singurã retea de distributie (fig.8). Dimpotrivã, pentru localitãti mari sau foarte mari, în raport cu factorii mentionati, este necesar sã se utilizeze una sau douã retele de distributie si una sau douã retele de repartitie (fig.9 - 12).

Fig.8 Schema de principiu a unui sistem de alimentare cu gaze combustibile constituit exclusiv dintr-o retea de distributie (buclata şi ramificata)

Independent de regimul de presiune utilizat, retelele pentru distributia gazelor pot fi realizate în urmãtoarele configuratii:

ramificat sau arborescent;

inelar sau buclat;

mixt.

Schema se adoptã de la caz la caz, în fucnţie de situaţia localã, având în vedere necesitãţile funcţionale şi considerente de ordin tehnico-economic.

4.1.1. Reţele ramificate (fig.9, 12).

|

Alimenteazã consumatorii succesiv, fiind alcãtuie din tronsoane de conducte dispuse ramificat, în serie.

Extremitãţile ramificaţiilor nu sunt legate între ele. Datoritã acestei particularitãţi curgerea gazelor se face în sens unic, presiunea reducându-se continuu de la punctul de injecţie spre extremitãţile reţelei.

Ca avantaj, necesitã un consum mai mic de ţevi în comparaţie cu schema inelarã.

Are dezavantajul unei siguranţe reduse în exploatare, ca urmare a scoaterii din funcţiune a tuturor consumatorilor situaţi dupã secţiunea întreruptã în caz de avarii.

Aceastã schemã se aplicã pentru:

distribuţia gazelor în incinte şi în interiorul cvartalelor de locuinţe;

alimetarea localitãţilor mici.

Fig.9 Schema de principiu a unui sistem de alimentare cu gaze combustibile

constituit dintr-o reţea de repartiţie ramificată (în coloană vertebrală)

şi reţea de distribuţie buclată şi ramificată

|

Fig.10 Schema de principiu a unui sistem de alimentare cu gaze combustibile constituit dintr-o reţea de repartiţie în coloană vertebrală, alimentată în două puncte deservind mai multe localităţi, fiecare cu reţea de distribuţie buclată şi ramificată: 1. Conductă de transport; 2. Staţie de predare; 3. Reţea de repartiţie; 4. Staţie de reglare de sector; 5. Staţie de reglare la consumatori importanţI; 6. Reţea de distribuţie; 7. Traseu de interconectare; 8. Zonă industrială; 9. Limita zonei alimentate.

4.1.2. Reţele inelare (fig.11, 12)

Sunt alcãtuie din tronsoane de conducte legate între ele în sisteme închise, în formã de inele.

Comparativ cu schema ramificatã, schema inelarã prezintã urmãtoarele avantaje:

mãreşte gradul de siguranţã în exploatare, ca urmare a posibilitãţilor de alimentare a consumatorilor din mai multe direcţii;

uniformizeazã regimul de presiuni la consumatori;

uşureazã operaţiunile de intervenţie pentru exploatare şi întreţinere.

Ca dezavantaje se menţioneazã:

cantitatea mai mare de ţevi necesare şi volumul sporit de lucrãri de construcţii - montaj;

Schema se utilizeazã cu precãdere pentru alimentarea consumatorilor mari, cu cerinţe de funcţionare neântreruptã.

În sistemele de distribuţie schema se recomandã pentru:

- reţelele de repartiţie şi distribuţie în regim de medie presiune;

- reţelele principale în regim de joasã presiune;

|

-reţelele de incintã şi instalaţiile interioare industriale, pentru alimentarea consumatorilor vitali.

unde:1. Conductă de transport;2. Staţie de predare;3. Reţea de repartiţie;4. Staţie de reglare de sector;5. Staţie de reglare la consumatori importanţI;6. Reţea de distribuţie;7. Traseu de interconectare;8. Zonă industrială;9. Limita zonei alimentate.10. Localitate satelit;11. Inel exterior;

12. Staţie de reglare intre inelul exterior şi a doua reţea de repartiţie;

|

Fig.12. Schema de principiu a unui sistem de alimentare cu gaze combustibile constituit din două reţele de repartiţie inelare (de presiuni şi diametre diferite) si mai multe reţele de

Fig.11. Schema de principiu a unui sistem de alimentare cu gaze combustibile constituit dintr-o reţea de repartiţie inelară, alimentată în două puncte, o reţea de distribuţie deservită de un inel central, alimentat în trei puncte şi o reţea de

4.1.3. Reţele mixte.

Reprezintã combinãri de reţele inelare cu reţele ramificate.

Schema este caracteristicã pentru reţelele de repartiţie şi de distribuţie de înaltã, medie şi joasã presiune, din localitãţi mari.

4.1.4. Criterii ce trebuiesc respectate la alegerea schemelor de alimentare cu gaze.

Adoptarea schemei pentru alimentarea cu gaze naturale a unei localitãţi se face pe baza comparaţiei tehnico-economice a variantelor posibile de rezolvare.

La stabilirea soluţiilor se iau în considerare urmãtorii factori:

configuaraţia şi mãrimea localitãţii;

programul de dezvoltare social economic şi planul de sistematizare al localitãţii, în perspectivã;

densitatea populaţiei pe zone, tipul, mãrimea şi amplasamentul diferiţilor consumatori industriali;

particularitãţile de mediu natural-configuaraţia terenului, cursuri naturale de apã, condiţii climatice, caracteristici geotehnice;

elemente de sistematizare de suprafaţã sau subteranã - trama stradalã, schema cãilor de comunicaţie rutiere şi feroviare, tipul şi densitatea echipamentelor tehnice subterane etc.

4.2. Modul de structurare a schemelor de distribuţie.

4.2.1. Modul de alimentare a consumatorilor.

În mod obişnuit, alimentarea cu gaze a localitãţilor se face prin intermediul unor sisteme unitare care deservesc în comun atât consumatorii urbani, cât şi pe cei industriali.

În cazul existenţei unor zone sau platforme industriale cu mari consumatori de gaze naturale, amplasate în vecinãtatea localitãţilor, acestea pot fi alimentate şi independent, având în vedere regimul specific de consum (debite şi presiuni) şi gradul de siguranţã în exploatare cerut.

|

De asemenea, centralele electrice de termoficare (CET) se racordeazã independent, cu alimentare dublã sau din douã magistrale de transport, distincte.

Adoptarea soluţiei de alimentare unitarã se justificã prin efortul de investiţie mai mic, comparativ cu sistemele paralele, datoritã ponderii reduse a consumului urban faţã de cel industrial.

Pentru preluarea variaţiilor zilnice şi sezoniere ale consumului de gaze este necesarã prevederea unor mãsuri de compensare corespunzãtoare:

-asigurarea capacitãţii de acumulare în depozite subterane sau rezervoare supraterane;

- amenajarea unor staţii de alimentare de vârf, pentru injecţie de amestec gaz-aer;

- stabilirea unor consumatori-regulatori a cãror alimentare se poate face şi cu alte tipuri de combustibili.

4.3. Stabilirea numãrului staţiilor de predare.

Siguranţa alimentãrii cu gaze a consumatorilor este determinatã, printre altele şi de numãrul staţiilor de predare, care reprezintã sursa pentru sistemele de distribuţie.

În cazul prevederii unei singure staţii de predare, se recomandã ca alimentarea sistemului de distribuţie sã fie realizatã prin conducte duble, pentru mãrirea gradului de siguranţã.

În cazul prevederii a douã sau mai multe staţii de predare, amplasarea acestora se recomandã a fi fãcutã, pe cât posibil, diametral opus, din considerente economice şi de siguranţã.

4.2.3. Stabilirea mãrimii sectoarelor de distribuţie şi amplasamentul staţiilor de reglare-mãsurare.

Dupã stabilirea regimului de presiuni în reţelele de repartiţie şi de distribuţie, este necesar sã se determine mãrimea sectoarelor de alimentare, numãrul şi amplasamentul optim al staţiilor de reglare-mãsurare.

Soluţia se stabileşte pe baza calculului tehnico-economic, având în vedere tipul şi mãrimea consumatorilor, precum şi capacitãţile de deservire ale staţiilor de reglare-mãsurare tipizate.

Mãrimea sectoarelor deservite, rezultã în fucţie de mãrimea şi repartiţia consumatorilor alimentaţi, corespunzãtor capacitãţii staţiilor de reglare-mãsurare adoptate.

Amplasamentul optim din punct de vedere tehnologic se considerã în centrul de greutate al zonei, în cazul consumurilor uniform distribuite, respectriv în apropierea marilor consumatori concentraţi, în cazul unei repartiţii neuniforme.

|

În cazul localitãţilor cu diferenţe mari de nivel, amplasarea staţiilor de reglare-mãsurare şi a reţelelor principale de distribuţie trebuie fãcutã la cotele minime, având în vedere efectul presiunii ascensionale a gazelor.

Staţiile de reglare şi de reglare-măsurare a gazelor naturale se montează în construcţii proprii.

Posturile de reglare, de reglare-măsurare şi de măsurare se montează în firide, cabine sau direct pe instalaţia de utilizare.

Amplasarea regulatoarelor pe instalaţia de utilizare se face cu îndeplinirea cel puţin a următoarelor condiţii:

a) încăperile în care se montează să fie ventilate;b) regulatoarele să fie în construcţie etanşă; c) elementele de etanşeitate faţă de mediul exterior, precum şi componentele

regulatoarelor care comunică cu exteriorul să prezinte stabilitate la temperaturi înalte (minim 650°C).

Staţiile şi posturile de reglare-măsurare sunt delimitate prin robinete de închidere,

amplasate la intrarea, respectiv ieşirea din staţii şi posturi. Robinetele fac parte din

componenţa staţiilor şi posturilor de reglare-măsurare.

Dimensionarea şi echiparea staţiilor şi a posturilor de reglare - măsurare se face

ţinând seama de parametrii hidraulici (debit, presiune, temperatură), domeniul de variaţie a

acestora şi de calitatea gazelor naturale

Staţiile şi posturile de reglare-măsurare se echipează cu dispozitive de securitate corespunzătoare cerinţelor legislaţiei în vigoare.

Proiectarea staţiilor şi posturilor de reglare – măsurare se face astfel încât să rezulte o grupare cât mai compactă, avându-se in vedere şi accesul la echipamentele şi dispozitivele componente.

Pe conductele de intrare şi de ieşire din staţiile de reglare-măsurare se montează flanşe electroizolante în locuri uşor accesibile.

Staţiile de reglare-măsurare pot fi prevăzute cu ocolitor, când alimentarea aparatelor de utilizare nu poate fi întreruptă.

În funcţie de natura şi conţinutul de impurităţi a gazelor naturale, la intrarea în staţiile de reglare-măsurare, se pot monta echipamente de filtrare şi / sau separare.

Pentru echipamentele care prevăd în mod expres filtre de protecţie, acestea se montează obligatoriu conform instrucţiunilor producătorului.

|

Staţiile de reglare – măsurare se prevăd cu priză şi centură de împământare (impedanţa sub 4 Ώ), la care se racordează părţile metalice ale fiecărui element din staţie cuprins între două flanşe. Racordurile prin flanşe nu se consideră electroconductoare decât dacă sunt conectate între ele cu platbandă zincată cu secţiunea de minim 40 mm2.

3.2.4. Alcãtuirea şi amplasarea reţelelor de repartiţie şi de distribuţie.

La stabilirea schemei de distribuţie se au în vedere urmãtoarele principii de ordin general:

Din considerente de siguranţã în exploatare se preferã sistemele inelare, în special în regimurile de presiune înaltã şi medie.

În regim de joasã presiune se recomandã schema de distribuţie ramificatã; sistemul inelar se adoptã pentru conductele principale.

Reţelele de acelaşi nivel de presiune alimentate din mai multe staţii de reglare-mãsurare se interconecteazã prin intermediul unor conducte de legãturã prevãzute cu vane de secţionare.

Pentru sectorizarea reţelelor şi izolarea consumatorilor în caz de avarii, se prevãd dispozitive de închidere în numãr corespunzãtor pentru realizarea intervenţiei, operativ şi eficient.

Pentru asigurarea condiţiilor de exploatare şi întreţinere în condiţii de siguranţã şi securitate, reţelele de distribuţie se echipeazã cu dispozitivele auxiliare necesare:

organe de compensare;

armãturi de închidere, reţinere şi reglare;

separatoare de lichide şi impuritãţi;

descãrcãtoare de presiune şi facle de aerisire;

guri pentru verificare, tuburi de control şi rãsuflãtori;

instalaţii de protecţie pasivã şi activã contra coroziunii.

În cazul ansamblurilor urbane izolate, distribuţia se realizeazã prin sisteme independente.

Lungimea branşamentelor la reţelele de distribuţie va fi limitatã la 50 - 100 m.

În funcţie de planul general de sistematizare a localitãţii, conductele de gaze vor fi amplasate de-a lungul strãzilor sau în interiorul cvartalelor de locuit, în urmãtoarea ordine de preferinţã:

|

în spaţii verzi;

pe trotuare sau alei pietonale;

pe strãzi sau alei carosabile, evitând zonele cu gospodãrie subteranã aglomeratã.

Poziţionarea conductelor se face în raport cu condiţiile geotehnice şi de sistematizare urbanisticã, subteran, suprateran sau aerian, pe suporţi independenţi sau pe faţadele construcţiilor.

Reţelele de înaltã presiune vor fi amplasate pe cât posibil în zone periferice, cu micã densitate de construcţii.

Pentru traversarea vãilor, cursurilor de apã, cãilor de comunicaţii etc., se recomandã utilizarea, pe cât posibil, a regimului de înaltã presiune.

Concomitent cu soluţionarea schemei de distribuţie a gazelor naturale se prevãd şi sistemele complexe pentru dispecerizarea, telemecanizarea şi automatizarea proceselor tehnologice de alimentare cu gaze.

Traseele reţelelor se adoptã pe cât posibil rectilinii - în cadrul localitãţilor - numai pe teritoriu public.

Conductele de gaze naturale se pozeazã subteran, la adâncimi variind între 0,5 şi 1,0 m., traseele fiind marcate prin plãcuţe indicatoare aplicate pe construcţiile învecinate.

Deasupra sudurilor de poziţie şi a ramificaţiilor de branşament, se prevãd rãsuflãtori sau tuburi de control, pentru identificarea eventualelor scãpãri accidentale de gaze.

Distanţele faţã de celelalte categorii de conducte şi construcţii sunt precizate prin Normele tehnice de proiectare si executie a gazelor, variind între 0,6 şi 5,5 m - distanţa minimã referindu-se la conductele de apã şi cablurile telefonice, iar distanţa maximã faţã de axul liniilor ferate este de 5,5m.

Este interzisã montarea conductelor de gaze:

- sub liniile de tramvai sau cale feratã, în lungul acestora;

- sub orice fel de construcţie;

- în canale de orice tip, care au legãturã directã cu construcţiile;

- pe terenuri rezervate prin planuri de sistematizare dezvoltãrilor urbane viitoare.

Pentru trasee situate la distanţe mai mici de 2,0 m faţã de clãdiri, se interzice pozarea conductelor la cote inferioare tãlpii fundaţiilor.

|

Conductele de gaze se monteazã în pãmânt numai dupã protejarea împotriva coroziunii, prin aplicarea unor straturi izolante exterioare pe întreaga suprafaţã. Structura izolaţiei anticorozive se stabileşte de la caz la caz, în funcţie de agresivitatea solului.

Traversãrile subterane ale şoselelor, cãilor ferate sau liniilor de tramvai se executã prin montarea conductei de transport într- ţeavã de protecţie, cu robineţi de separare la cele douã extremitãţi.

Traversarea conductelor de apã, canalizare, sau a reţelelor termice, se face, de regulã, pe deasupra acestora, fãrã a lua alte mãsuri de siguranţã.

Dacã acest lucru nu este posibil, aceste reţele se subtraverseazã, montând conducta de gaze într-un singur tub protector.

Traversarea cablelor electrice se face cu respectarea mãsurilor specifice de protecţie.

3.2.4.1. Alegerea traseelor, conditii pentru amplasarea si echiparea conductelor.

Instalaţiile de distribuţie se execută la presiune medie sau redusă. Ele se execută din conducte de oţel sau polietilenă de înaltă densitate (PEHD). Conductele din oţel se montează aparent sau îngropat, iar cele din PEHD doar îngropat.

Atunci când se stabileşte traseul conductelor de gaz, regulile de siguranţă sunt cele care trebuie respectate mai presus de orice.

Traseele retelelor si instalatiilor de gaze se aleg astfel încât sã fie cât mai rectilinii, la alegerea lor prioritate are siguranta înaintea esteticii. Traseele vor fi marcate prin inscriptii sau prin aplicare de plãcute indicatoare, pe constructii si stâlpi din vecinãtate.

Conductele retelelor de distributie si instalatiilor exterioare din obiectivele neindustriale se monteazã de regulã, subterane. În instalatiile exterioare ale consumatorilor industriali se preferã montajul arerian, pe peretii exteriori ai clãdirilor, pe estacade etc.

Montarea conductelor subterane se realizeazã numai în teritoriul public, tinându-se seama de urmãtoarea ordine de preferintã: zone verzi, trotuare, alei pietonale, în portiunea carosabilã, folosind trasee mai putin aglomerate cu alte instaltii subterane.

În cazul în care se prevãd galerii pentru retelele edilitare, conductele de distributie a gazelor fãrã bransamente, se monteazã în cadrul acestora cu respectarea urmãtoarelor conditii:

- prevederea unui sistem de ventilare care sã asigure evacuarea în esterior a scãpãrilor de gaze, în cazul unei avarii pe conducta de gaze;

|

- prevederea unui sistem automat de avertizare, la depãsirea concentratiei de 0,5% gaz în aer;

- pozarea conductelor de gaze la partea superiaorã a galeriei (deasupra celorlalte conducte);

- controlul nedistructiv al tuturor sudurilor;

- evitarea legãturii directe a galeriilor cu subsolurile clãdirilor;

- amplasarea vanelor în cãmine adiacente galeriei.

În zonele construite, aglomerate cu diverse instalatii subterane (orase, intreprinderi etc.), când nu este asigurat controlul scãpãrilor de gaze cu detectoare pe retelele de distributie, respectiv instalatiile exterioare, se monteazã rãsuflãtori deasupra fiecãrui teu de bransament si deasupra sudurilor de pozitie. Pentru retelele de distributie la care se prevede controlul pierderilor de gaze cu detectoarele, se recomandã ca în locul rãsuflãtorilor sã se monteze tuburi de control. De mentinut cã diametrul interior al unei rãsuflãtori este de 4 - 5 cm, iar al unui tub de control de 2,5 cm.

În cazul retelelor montate sub carosabil modernizat (artere de circulatie pe fundatie de beton) se monteazã rãsuflãtori, respectiv tuburi de control deasupra sudurilor, dar nu la distante mai mici de

8 m. Se mai prevãd rãsuflãtori sau tuburi de control:

- deasupra fiecãrei ramificatii subterane;

- în locul în care conductele ies din pãmânt, lângã un perete;

- la capetele tuburilor de protectie.

Pe traseele fãrã constructii, pe câmp, precum si în zone cu agresivitate redusã, se monteazã la fiecare schimbare de directie, si suduri de pozitie, rãsuflãtori cu înaltimea de 0,6 m deasupra solului, la distante ce nu vor depãsi 50m.

Mai jos sunt prezentate tipurile de rãsuflãtori sau tuburi de control folosite în diverse împrejurãri (fig.14) si distantele minime între conductele subterane de gaze si alte instalatii, constructii sau obstacole (Tabelul 3).

|

Fig. 14 Tipuri de rasuflatori: a) pentru carosabil b) de perete şi pentru spaţii verzi c) pentru spaţii verzi

1 – conductă; 2 – calotă; 3 – tijă; 4 - cutie din fontă; 5 - capac din

Fontă; 6 – opritori; 7 – capac; 8 – orificii; 9 – pietriş; 10 - nisip

Tabel 3

Nr.crt

Instalatia, constructia sau obstacolulDistanta minima in m,

de la conducta de gaze de:

p.j.+p.i. p.r. p.m. 1 Cladiri cu subsoluri sau aliniamente de terenuri, susceptibile de a fi

construite2 2 3

2 Cladiri fara subsoluri 1,5 1,5 2 3 Canale pentru retele termice, canale pentru instalatii telefonice 1,5 1,5 2 4 Conducte de canalizare 1 1 1,5 5 Conducte de apa, cabluri de forta, cabluri telefonice montate direct in

sol, sau caminele acestor instalatii 0,6 6 Camine pentru retele termice, telefonice si de canalizare, statii sau

camine subterane in constructii independente 1 7 Linii de tramvaie (pâna la sina cea mai apropiata) 1,2 8 Copaci 1,5 9 Stâlpi 0,510 Linii de cale ferata exclusiv cele din

statii, triaje si incinte industriale- in rambleu- in debleu, la nivelul terenului

2*5,5*

Distantele între conducte de gaze si linii de cale feratã, triaje si incinte industriale sunt stabilite pe baza acordului organelor CFR.

Când respectarea distantelor indicate în tabelul 3 nu este posibilã, acestea pot fi reduse pentru pozitiile 1-6, cu 20% cu conditia ca pe portiunea subdistantatã sã se prevadã tevi trase, suduri întãrite, verificarea cu peria electricã a continuitãtii izolatiei

|

anticorozive, controlul nedistructiv al tuturor sudurilor, rãsuflãtori sau cãmine pentru drenarea în atmosferã a eventualelor scãpãri de gaze, sau montarea în tub de protectie.

Se evitã instalarea a douã conducte de gaze pe traseu paralel. Când o astfel de solutie nu poate fi evitatã, distanta între cele douã conducte de gaze va fi de cel putin 0,4 m. De preferintã, conducta de presiune mai micã va fi pozatã spre imobil.

Se evită montarea conductelor din PEHD în vecinătatea unor conducte care au pe suprafaţă temperaturi mai mari de 30oC sau care transportă uleiuri minerale, benzine sau alte materiale inflamabile. Dacă nu se pot elimina aceste vecinătăţi, distanţa minimă admisă pe orizontală între pereţii exteriori ai celor două conducte este de 0,8 m.

Adâncimea de pozare a conductei de distributie mãsuratã de de la fata terenului, pânã la generatoarea superioarã a conductei este de 1,0 m în carosabil cu fundatia de beton, de cel putin 0,7 m în spatii pavate si de cel putin 0,5 m în spatii verzi. În instalatiile exterioare de utilizare adâncimea de îngropare este de cel putin 0,4 m.

Se interzice montarea conductelor de gaze la un nivel inferior celui bazei fundatiilor clãdirilor, pe trasee paralele cu clãdirile, pânã la distanta de 2 m de la clãdire.

De asemenea, se interzice montarea conductelor de gaze:

- sub linii de tramvai sau de cale feratã, în lungul acestora;

- sub orice fel de constructie;

- în canale de orice fel care au comunicare directã cu clãdirea;

- pe terenuri destinate constructiilor.

La ramificatiile importante ale retelelor de repartitie si distributie precum si în instalatiile exterioare industriale se prevãd robinete de sectionare. În functie de continutul de impuritãti al gazelor, si de considerentele de exploatare, în puncte convenabil alese, ale retelelor de distributie si instalaþtilor exterioare se monteazã regulatoare prevãzute cu câte douã robinete. Când se distribuie gaze care pot contine fractiuni condensabile sau apã, se monteazã separatoare de lichide.

Armãturile, îmbinãrile cu flanse, separatoarele de lichide, îmbinãrile electroizolante si dispozitivele de dilatare se introduc în cãmine de vizitare (fig.15) sau, dupã caz, în cutii înglobate în masã de bitum sau de material plastic (fig.16).

Lângã armãturile din fintã montate în subteran si pe conductele aeriene rectilinii se

|

prevãd dispozitive de dilatare conform prevederilor proiectului.

unde:

1. Perete din beton;

2. Capac din fonta;3. Orificii pentru ventilare;4. Radierul (fundul) caminului;5. Orificiu pentru scurgerea apei6. Drenaj din pietris;7. Conducta de gaz;8. Tub de protectie;9. Vana;

10. Flanse; 11. Prize de presiune; 12. Robinete de control.

|

Fig. 15 Vana montata in camin

3.2.4.2.Traversãri

Intersectarea conductelor de gaze cu alte instalatii subterane sau lucrãri la suprafata solului, se face, în general, perpendicular pe axul instalatiei sau lucrãrii

De asemenea, la subtraversarea liniilor de tramvai si de cale feratã, conductele de gaz se introduc în tuburi de protectie. În cazul intersectiei cu conductele de gaz existente, executia se face sub controlul delegatului intreprinderii de distributie a gazelor.

Liniile de cale feratã vor fi traversate la adâncime de cel putin 0,8 m, de la talpa sinei la generatoarea superioarã a tubului de protectie. Tuburile de protectie vor depãsi ce cel putin 0,8 m, în ambele pãrti, limitele instalatiei sau constructiei traversate, si se prevãd rãsuflãtori.

Traversarea cursurilor de apã, a podurilor, pasajelor de nivel, intersectiilor de autostrãzi etc., se va executa subteran sau aerian, în functie de conditiile locale. La traversarea cãilor ferate, pasajelor de nivel, autostrãzilor etc., se prevãd vane de sectionare care sã permitã scoaterea din functiune a conductei de gaze fie în ambele pãrti ale traversãrii, fie numai înainte de traversare, în cazul conductelor alimentate dintr-o singurã directie.

Traversãrile aeriene ale cãilor de circulatie de pe teritoriul unitãtilor industriale se fac la înãltimi convenabile, nu mai mici de 5 m.

|

Fig.16 Vana montata ingropat

3.2.4.3. Bransamente, racorduri

Fiecare imobil, grup de imobile, corp de clãdire de pe aceeasi proprietate (incintã)

va fi alimentat printr-un singur bransament chiar dacã imobilul, respectiv terenul, se mãrgineste cu mai multe strãzi (fig.17), exceptie fac marii consumatori industriali, imobilele foarte mari si obiectivele situate pe suprafete întinse, pentru care se admite alimentarea diferitelor clãdiri, tronsoane sau sectii prin bransamente separate, cu conditia ca instalatiile respective sã nu fie interconectabile (fig.18)

|

|

|

Scheme de principiu

Alimentarea consumatorilor de gaze naturale din reţeaua exterioară de distribuţie se realizează prin intermediul conductei de branşament (fig. 19).

Figura 19: Schemă de legare a unui consumator la conducta publică

1 - conducta publică

2 - branşament

3 - limita de proprietate

4 - instalaţia interioară

5 - aparat de utilizare

6 - contor

|

Figura 20: Branşamentul şi instalaţia interioară de utilizare

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

Traseul conductei de branşament trebuie ales perpendicular pe conducta de distribuţie, iar dacă sunt motive speciale pentru racordare la un alt unghi, acesta nu poate fi mai mic de 60 de grade. Branşamentul se execută cu pantă spre conducta publică. Racordarea conductei de branşament la reţeaua de distribuţie exterioară se realizează prin sudură. În dreptul sudurii de racord, conducta de distribuţie se perforează pentru a permite accesul gazelor în branşament.

Atât la sudura efectuată pe conducta de distribuţie, cât şi la capătul branşamentului (lângă clădire), se montează obligatoriu o răsuflătoare (fig.20) pentru eliminarea în atmosferă a eventualelor scăpări de gaze prin neetanşeităţile conductelor. La capătul conductei de branşament se montează un robinet de branşament, care permite scoaterea din funcţiune a întregii instalaţii.

În general, orice proprietar este legat la conducta publică printr-un singur branşament.

Instalaţiile de utilizare ţin de la regulatorul de presiune amplasat la intrarea în incinta proprietăţii până la evacuarea gazelor arse (inclusiv coşul şi canalul de fum).

Prin proiectul instalaţiilor de gaze naturale pozate subteran, se prevăd măsuri de etanşare împotriva infiltraţiilor de gaze naturale, la trecerile subterane ale instalaţiilor de orice utilitate (încălzire, apă, canalizare, cabluri electrice, telefonie, CATV, etc.) prin pereţii subterani ai clădirilor racordate la sistemul de distribuţie de gaze naturale. De asemenea, se etanşează toate trecerile conductelor prin planşeele subsolurilor, pentru evitarea pătrunderii gazelor naturale la nivelurile superioare, în caz de infiltrare a acestora în subsol. Este interzisă racordarea la sistemul de distribuţie a gazelor naturale a clădirilor care nu au asigurate măsurile de etanşare prevăzute mai sus.

Adâncimea minimă a şanţului pentru conductele montate subteran va fi de 0.9 m de la nivelul terenului până la generatoarea superioară a conductei, respectiv 0.5 m la capătul branşamentului.

Săparea şanţurilor se face cu puţin timp inainte de montarea conductelor.

Conductele din polietilenă se aşază şerpuit în şanţ şi se acoperă cu un strat de nisip de minim 10 cm. Pozarea conductei se realizează numai după răcirea corespunzătoare a îmbinărilor sudate. După stratul de nisip, acoperirea conductei din polietilenă se efectuează în straturi subţiri, cu pământ mărunţit, prin compactare după fiecare strat. Acoperirea conductei (pentru primii 50 cm deasupra conductei) se efectuează într-o perioadă mai răcoroasă a zilei (cu maxim 20...30°C), avansând întro singură direcţie, pe cât posibil în urcare.

Conductele din oţel se aşază în şanţ astfel încât să nu se deterioreze izolaţia.

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

Umplerea şanţurilor se face în straturi subţiri, cu pământ mărunţit sau nisip, prin compactare după fiecare strat, cu grosime maximă de 20 cm în cazul compactării manuale şi conform prevederilor din cartea utilajului de compactare, în cazul compactării mecanice. Folosirea dispozitivelor mecanice de compactare este admisă numai după realizarea stratului minim de protecţie a conductei, care se va restabili în funcţie de adâncimea utilajului la gradul de compactare maximă.

În dreptul răsuflătorilor, peste conducta din polietilenă care a fost acoperită pe toată lungimea cu un strat de nisip gros de 10...15 cm, se adaugă un strat de piatră măruntă, gros de 15 cm, peste care se aşază calota răsuflătorii.

În dreptul răsuflătorilor, pentru conducta din oţel, conducta se înconjoară pe o lungime de 50 cm cu un strat de nisip gros de 5...10 cm peste care se adaugă piatră de râu cu granulaţia 5...8 mm, gros de 15 cm, peste care se aşază calota răsuflătorii.

Îmbinarea conductelor îngropate se face prin sudură, cu excepţia îmbinării capului protector al teului de branşament, care se îmbină prin înşurubare.

Îmbinările prin sudură se execută numai de către sudori autorizaţi, conform reglementărilor în vigoare. Se va evita sudarea în condiţii meteorologice improprii.

Pentru situaţii speciale se vor lua măsurile de realizare impuse de tehnologia de sudare (paravane, corturi, preîncălzirea capetelor conductelor, etc.). Este interzisă răcirea forţată a sudurilor.

Sudurile se marchează conform reglementărilor în vigoare şi a standardelor specifice.

Îmbinărilor conductelor din polietilenă se realizează prin sudură (fuziune) sau cu fitinguri mecanice nedemontabile (etanşare prin presare pe pereţii ţevilor).

Îmbinarea ţevilor şi fitingurilor din polietilenă se realizează cu aparate de sudură care sunt agrementate tehnic de către organismele abilitate. Aceste aparate vor fi supuse reviziilor tehnice în conformitate cu cărţile tehnice ale fiecăruia. Reviziile tehnice se vor face de către unităţile de service ale furnizorului de aparate şi la

intervale de timp precizate de producător.

Controlul calităţii sudurilor pentru conducte din polietilenă se face vizual şi, după caz, prin metode nedistructive conform prevederilor proiectului de execuţie avizat de operatorul licenţiat de distribuţie. Conductele şi branşamentele din polietilenă sunt însoţite pe întreg traseul de un conductor de cupru cu izolaţie corespunzătoare unei tensiuni de străpungere de minim 5 kV, cu secţiunea de minim 0.8 mm2, monofilar, montat de-a lungul conductei şi prin care se pot transmite semnale electrice cu ajutorul cărora se poate determina cu precizie amplasarea conductei şi integritatea acestuia.

1 - şanţ

2 - conducta de polietilenă

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

3 - conductor de Cu

Figura 21: Montajul conductorului de Cu deasupra conductei de gaz

Figura 22: Legătura dintre branşament şi instalaţia interioară

La capătul branşamentului se montează (fig.22) un robinet de secţionare, o piesă electroizolantă şi un regulator de presiune.

Orice porţiune supraterană a unei conducte de gaz, situată amonte de robinetul de secţionare trebuie să fie continuă din punct de vedere electric şi legată la pământ.

Fiecare unitate locativă se racordează la coloana sau instalaţia exterioară printr-o singură derivaţie.

Conductele instalaţiilor interioare de utilizare se amplasează aparent în spaţiile uscate, ventilate, luminate şi circulate, cu acces permanent, inclusiv în subsolurile care îndeplinesc aceste condiţii.

Când trecerea conductelor prin încăperi cu umiditate pronunţată sau atmosferă corosivă este inevitabilă, se vor folosi ţevi zincate sau protejate cu lacuri anticorozive şi tuburi de protecţie.

De asemenea, pentru alimentarea punctelor de consum care nu sunt amplasate lângă pereţi, se admite montarea conductelor în canale amenajate în pardoseală, cu respectarea următoarelor condiţii:

- se interzice montarea conductelor pentru alte instalaţii în canalele pentru conductele de gaze naturale;

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

- se interzice intersectarea canalelor pentru conductele de gaze naturale cu canale pentru alte instalaţii sau comunicarea cu acestea.

Conductele instalaţiilor de utilizare din halele industriale se amplasează astfel încât să fie protejate împotriva degradării.

Este interzisă utilizarea conductelor de gaze naturale pentru orice alte scopuri, cum ar fi:

- legarea la pământ a altor instalaţii;

- susţinerea conductorilor electrici, indiferent de tensiune şi curent;

- agăţarea sau rezemarea unor obiecte.

Nu este permisă utilizarea în instalaţiile interioare a unor conducte din oţel cu diametrul mai mic de 1/2 ţoli.

Figura 23: Fitinguri din oţel

Conductele de gaz se vor dimensiona în raport cu prescripţiile de proiectare astfel încât să asigure alimentarea cu gaz în condiţiile estimate de cerere maximă.

Susţinerea conductelor de gaz se va face cu cleme, bride sau cârlige de dimensiuni potrivite, de bună calitate şi montate la distanţe adecvate, astfel încât instalaţia să nu poată fi mişcată accidental din poziţia de montaj. Desigur, trebuie avut grijă ca integritatea structurală a clădirii să nu aibă de suferit în urma montării instalaţiei de gaz. Conductele de gaz nu trebuie să se sprijine pe nici un alt tip de instalaţie interioară.

În interiorul clădirilor, conductele de gaz nu trebuie să intersecteze sau să treacă prin canale de aerisire, canale de ventilare, uscătorii, servante sau prin puţul liftului. Schimbările de direcţie ale conductelor de gaz trebuie făcute cu ajutorul fitingurilor (fig. 23) şi curbelor prefabricate sau realizate la locul de montaj.

Pentru a citi şi înţelege o planşă a unei instalaţii de gaz, este necesară cunoaşterea semnelor şi simbolurilor convenţionale din domeniu. Unele dintre acestea sunt universale, altele sunt

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

specifice fiecărei ţări. Figura 24 prezintă câteva simboluri des utilizate în domeniul gazului, preluate din literatura de specialitate britanică.

Figura 24: Exemple de simboluri convenţionale utilizate în domeniul gazului (UK)

3.2.4.4. Instalaţii lnterioare de utilizare

In normele tehnice de proiectare se impun o serie intreaga de conditii tehnice pentru spatiile in care se amplaseaza consumatorii de gaze combustibile şi conductele instalaţiei de utilizare.

Utilizarea gazelor naturale este admisă numai în încăperi în care nu există pericol de:

a) incendiu, prin aprinderea materialelor şi elementelor combustibile, datorită radiaţiei termice directe ori a transferului de căldură prin convecţie sau conducţie;

b) explozie a materialelor şi substanţelor combustibile aflate în interior;c) intoxicare sau asfixiere a utilizatorilor, cu gaze de ardere.

Condiţii tehnice pentru funcţionarea în siguranţă a instalaţiilor interioare de utilizare a gazelor naturale combustibile :

a) volumul interior minim al încăperilor- 18,0 m3 pentru încăperi curente;- 7,5 m3 pentru bucătării, băi şi oficii;

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

- 5,0 m3 pentru bucătării din construcţii existente, cu respectarea condiţiei de asigurare a condiţia: 15 m3 volum interior de încăpere pentru fiecare metru cub debit instalat de gaze naturale;

b) asigurarea aerului necesar arderii;c) ventilare naturală sau mecanică;d) evacuarea totală a gazelor de ardere, în atmosferă;e) suprafeţe vitrate: ferestre, luminatoare cu geamuri, uşi cu geam sau goluri, panouri care

conform specificaţiei tehnice date de producători cedează la presiuni de cel puţin 118 daN/m2.

Toate încăperile în care se montează aparate consumatoare de combustibili gazoşi se prevăd spre exterior cu suprafeţe vitrate (balcoane, terase vitrate şi altele asemenea), cu suprafaţă minimă totală de:

- 0,03 m2 pe m3 de volum net de încăpere, în cazul construcţiilor din beton armat;

- 0,05 m2 pe m3 de volum net de încăpere, în cazul construcţiilor din zidărie.

Pentru cazul în care geamurile au o grosime mai mare de 4 mm sau sunt de construcţie specială (securizat, termopan etc.) este obligatorie montarea detectoarelor automate de gaze cu limita de sensibilitate de cel puţin 2% metan (CH4 ) în aer, care acţionează asupra robinetului de închidere (electroventil) al conductei de alimentare cu gaze naturale a aparatelor consumatoare de combustibili gazoşi.

În cazul utilizării detectoarelor, suprafaţa vitrată poate fi redusă la 0,02 m2 / m3 de volum net de încăpere.

Volumul net reprezintă volumul total al încăperii, din care se scade volumul elementelor de instalaţii sau de construcţii existente în încăpere, în care nu se pot acumula gaze.

În încăperi cu volum mai mic decât cel prevăzut anterior, sunt admise numai aparate consumatoare de combustibili gazoşi legate la coş, cu îndeplinirea următoarelor condiţii:

a) folosirea unor aparate consumatoare de combustibili gazoşi cu aprindere din exteriorul clădirii, asigurate împotriva stingerii prin blocarea admisiei gazului în cazul stingerii flăcării, fie prin construcţia aparatului, fie prin dispozitive de protecţie;

b) accesul aerului necesar arderii se face din exteriorul încăperii (coridor, vestibul etc.) sau direct din exteriorul clădirii.

În încăperi cu volum mai mic de 18 m3 şi în băi nu sunt admise:

a) aparate consumatoare de combustibili gazoşi pentru prepararea instantanee a apei calde de consum;

b) aparate consumatoare de combustibili gazoşi pentru încălzire centrală sau locală, prevăzute cu arzător atmosferic şi rupere de tiraj, chiar dacă au termostat de coş.

Fac excepţie de la prevederile anterioare aparatele consumatoare de combustibili gazoşi la care prin tubulatură etanşă, se asigura accesul din exterior al aerului necesar arderii

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

şi evacuarea în exterior sub presiune a gazelor de ardere (cu cameră de ardere etanşă şi tiraj forţat).

Pentru aparatele consumatoare de combustibili gazoşi prevăzute mai sus este obligatorie montarea detectoarelor automate de gaze cu limita de sensibilitate de cel puţin 2% metan (CH4 ) în aer, care acţionează asupra robinetului de închidere (electroventil) al conductei de alimentare cu gaze naturale a aparatelor consumatoare de combustibili gazoşi.

Debitul total al aparatelor cu flacără liberă care se pot instala într-o încăpere trebuie

să satisfacă condiţia: 15 m3 volum interior de încăpere pentru fiecare metru cub debit instalat de gaze naturale.

Pentru toate aparatele consumatoare de combustibili gazoşi racordate la coş sau cu flacără liberă se asigură aerul necesar arderii şi evacuarea în exterior a gazelor de ardere, complet şi fără riscuri, astfel încât în atmosfera încăperii să nu se depăşească concentraţia de noxe admisă de normele de protecţia muncii şi normele de protecţie a mediului.

Aerul necesar arderii se asigură în funcţie de raportul între volumul interior al încăperii Vi , în m3 şi debitul nominal al aparatului de utilizare Qn , în m3 /h

a) pentru cazul Vi/Qn ≥ 30, se consideră că prin neetanşeităţile tâmplăriei se asigură aerul necesar pentru ardere;

b) pentru cazul Vi/Qn < 30, se prevede accesul aerului direct din exterior (prize de aer),;Sunt exceptate bucătăriile din locuinţe cu încălzire centrală, în care nu există alte

aparate consumatoare de combustibili gazoşi, la care se admite accesul aerului dintr-o încăpere vecină prin realizarea unui gol spre această încăpere, cu condiţia satisfacerii raportului Vi/Qn≥30, în care Vi este volumul bucătăriei plus volumul încăperii respective.

Dacă şi în încăperea vecină, spre care este prevăzut golul, sunt instalate aparate consumatoare de combustibili gazoşi, raportul dintre suma volumelor celor două încăperi [ΣVi=Vi1+Vi2] şi suma debitelor aparatelor consumatoare de combustibili gazoşi din aceste încăperi [ΣQn=Qn1+Qn2] trebuie să fie, ΣVi/ΣQn≥30.

În cazul în aerul necesar arderii nu poate fi asigurat prin neetanşeităţile tâmplăriei (cazul tâmplăriilor prevăzute cu garnituri de cauciuc etc.) se realizează prize de aer direct din exteriorul construcţiei.

La aparatele consumatoare de combustibil gazoşi la care prin tubulatură etanşă, se asigura accesul din exterior al aerului necesar arderii şi evacuarea în exterior sub presiune a gazelor de ardere (cu cameră de ardere etanşă şi tiraj forţat), nu este necesară asigurarea golurilor pentru accesul aerului în încăpere.

Suprafaţa golului pentru accesul aerului de ardere într-o încăpere în care se utilizează gazele naturale se determină cu produsul între debitul instalat în încăperea respectivă Q i [m3

/h] şi coeficientul de 0,0025 [m2/m3 /h]:

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

S = 0,0025 x Qi [m2]

Golul pentru accesul aerului de ardere se prevede la partea inferioară a încăperii şi fără dispozitive de închidere sau reglaj. Este interzisă obturarea golului de acces al aerului de ardere.

La centralele termice accesul aerului se face conform prevederilor normelor specifice.

În cazul în care accesul aerului de ardere se asigură prin canale, secţiunile canalelor de aer se calculează luând în considerare rezistenţele aeraulice ale acestora.

La încăperile în care se instalează aparate cu flacără liberă, independent de volumul lor, se prevăd canale sau grile de ventilare pentru evacuarea gazelor de ardere dimensionate şi executate în conformitate cu standardele şi normele în vigoare

Pentru bucătăriile construcţiilor existente, construite fără canale de ventilare sau a căror canale de ventilaţie au fost desfiinţate, şi în care sunt instalate aparate cu flacără liberă, se admite practicarea în peretele exterior sau în tocul ferestrei, la partea superioară a încăperii, a unui gol (grilă de ventilare), pentru evacuarea gazelor de ardere .

Canalele sau grilele de ventilare pentru evacuarea gazelor de ardere:

a) se racordează la partea superioară a încăperilor, cât mai aproape de plafon;b) nu se prevăd cu dispozitive de închidere sau reglaj.

Evacuarea gazelor de ardere din bucătării şi oficii se face prin tiraj natural organizat sau mecanic, utilizându-se:

a) canale individuale;b) canale colectoare.

La evacuarea gazelor de ardere prin canale colectoare se acordă o deosebită atenţie executării corecte şi etanşe a nodurilor de legare a canalelor individuale la canalul colector.

Pentru evacuarea eventualelor infiltraţii de gaze naturale, în toate cazurile, se asigură ventilarea naturală a subsolului clădirilor prin orificii de ventilare pe conturul exterior al acestora, între încăperile din subsol, precum şi prin legarea subsolului clădirilor la canale de ventilare naturală special destinate acestui scop, în afara ventilaţiilor naturale prevăzute pentru anexele apartamentelor sau clădirilor.

Pentru evacuarea infiltraţiilor şi scăpărilor de gaze care se pot acumula în casa scărilor clădirilor etajate fără suprafeţe vitrate se prevede la partea superioară a acestora, în acoperişul clădirii, un orificiu cu diametrul de 150 -200 mm, prevăzut cu un tub racordat la un deflector.

În încăperile în care există risc de intoxicări, incendii sau explozii cauzate de scăpările accidentale de gaze naturale acumulate, se prevăd detectoare automate de gaze dotate cu

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

sisteme de semnalizare optică sau alarmare acustică la atingerea concentraţiilor periculoase şi cu comanda închiderii automate a admisiei gazelor naturale în instalaţii.

Racordarea aparatelor consumatoare de combustibili gazoşi la acelaşi canal de fum se face în următoarele condiţii:

a) la înălţimi diferite;b) secţiunea canalului de fum să poată prelua debitele de gaze arse însumate ale tuturor

aparatelor racordate la acesta.Legarea la coş prin burlan din tablă metalică, rigid sau flexibil, se admite în următoarele

condiţii (fig. 13):

a) secţiunea burlanului este cel puţin egală cu secţiunea racordului de ieşire din aparatul consumator de combustibili gazoşi:

b) porţiunea verticală este de cel puţin 0,4 m la ieşirea din aparatul ;c) distanţa de la coş până la aparatul consumator de combustibili gazoşi este mai mică de 3

m;d) panta către coş este minim 8 %, dacă distanţa depăşeşte 1 m;e) îmbinarea şi racordarea la coş, se execută cu asigurarea etanşeităţii.

Este interzisă:

a) trecerea burlanelor dintr-o încăpere în alta, cu excepţia burlanelor etanşe îmbinate cu sudură;

b) montarea dispozitivelor de închidere sau obturare a secţiunii de ieşire a gazelor de ardere la aparatele de consum individual (sobe, maşini de gătit, radiatoare etc.);

c) evacuarea gazelor de ardere în podurile caselor; d) evacuarea gazelor de ardere direct prin pereţii exteriori ai clădirilor, cu excepţia

aparatelor de utilizare, omologate sau cu atestat / agrement tehnic, prevăzute din fabricaţie cu astfel de evacuare conform prevederilor din Ghidul de proiectare, executarea şi exploatare a centralelor mici GP 051;

e) racordarea aparatelor consumatoare de combustibili gazoşi la canalele de fum aferente focarelor, alimentate cu alt tip de combustibil (lemn, păcură, cărbune etc.), cu excepţia aparatelor consumatoare de combustibili gazoşi care au fost construite pentru alimentare mixtă (gaze naturale – combustibil lichid / solid).

Burlanele de evacuare a gazelor arse se montează asigurându-se rezistenţa mecanică a întregii tubulaturi şi etanşarea între tronsoane. Tronsoanele se introduc unul în altul în sensul curgerii gazelor. Pentru etanşarea tronsoanelor se folosesc numai materiale special destinate acestei operaţii. La introducerea în coş se asigură etanşeitatea cât şi secţiunea liberă a coşului.

Trasee şi condiţii tehnice de amplasare a conductelor

La alegerea traseelor instalaţiilor de utilizare gaze naturale, condiţiile de securitate au prioritate fată de orice alte condiţii.

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

Fiecare unitate locativă se racordează la coloana sau instalaţia exterioară comună printr-o singură derivaţie.

Instalaţiile de utilizare interioare pentru fiecare clădire civilă sau hală industrială se alimentează cu gaze naturale din instalaţia de utilizare exterioară prin unul sau mai multe puncte de intrare, cu condiţia ca instalaţiile interioare aferente fiecărui punct de intrare să nu se interconecteze.

Conductele instalaţiilor interioare de utilizare se amplasează aparent, în spaţii uscate, ventilate, luminate şi circulate, cu acces permanent, inclusiv în subsolurile care îndeplinesc aceste condiţii şi se montează:

a) pe cât posibil, pe elemente rezistente ale construcţiei, pereţi, stâlpi, grinzi, plafoane;b) pe stâlpi metalici sau de beton, montaţi special în acest scop sau în scopul susţinerii conductelor

de gaze naturale împreună cu conducte pentru alte instalaţii.Se admite montarea conductelor mascate în canale vizitabile şi ventilate, numai în cazul

construcţiilor cu grad deosebit de finisare (fig. 12).

Conductele orizontale din instalaţiile de utilizare se montează:

a)la partea superioară a pereţilor deasupra conductelor pentru alte instalaţii;b) deasupra uşilor şi ferestrelor.

Este interzisă trecerea conductelor instalaţiilor de utilizare:

a) dintr-un apartament în altul, cu excepţia conductelor existente şi a conductelor care traversează aflat apartamente aflate într-un imobil deţinut întotalitate de un singur proprietar şi care alimentează aparate de utilizare destinate preparării hranei. În situaţia modificării regimului de proprietate al imobilului anterior menţionat, este necesară modificarea amplasării conductelor;

b) prin spaţii neventilate; c) cu îmbinări fixe sau demontabile prin debara, cămară, closete şi alte spaţii de acest fel, dacă nu sunt

ventilate;d) prin coşuri şi canale de ventilaţie;e) prin puţuri şi camere de ascensoare;f) prin încăperi cu mediu corosiv sau cu degajare de noxe;g) prin încăperi cu umiditate pronunţată;h) prin încăperi de depozitare a materialelor inflamabile:i) prin subsoluri tehnice şi canale tehnice;j) prin ghene sau nişe, inclusiv în spaţiul de sub acestea, în care sunt montate conducte pentru alte instalaţii;k) prin locuri greu accesibile în care întreţinerea normală a conductelor nu poate fi asigurată;l) prin spaţii de depozitare;m) prin spaţii de adăpostire din subsolul clădirilor şi prin galerii de evacuare.

Este interzisă montarea conductelor înglobate în elementele de pardoseală.

Se evită trecerea conductelor prin camere de dormit neprevăzute cu aparate de utilizare a gazelor naturale.

Când trecerea conductelor prin încăperi cu umiditate pronunţată sau atmosferă corosivă este inevitabilă, se folosesc ţevi zincate sau protejate cu lacuri anticorosive şi tub de protecţie.

În clădiri de locuit cu mai mult de 2 niveluri coloanele instalaţiilor de utilizare se montează obligatoriu în casa scării.

Pentru alimentarea punctelor de consum care nu sunt amplasate lângă pereţi, se admite montarea conductelor în canale amenajate în pardoseală:

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

a) acoperite cu capace perforate şi uşor demontabile;b) uscate şi aerisite;c) pe trasee cât mai scurte;d) cu pantă, după caz, pentru asigurarea scurgerii eventualelor infiltraţii de apă spre puncte de

colectare;e) cu dimensiuni care să permită controlul şi repararea conductei.

Este interzisă:

a) montarea conductelor pentru alte instalaţii în canalele pentru conductele de gaze naturale;b) intersectarea canalelor pentru conductele de gaze naturale cu canale pentru alte instalaţii sau

comunicarea cu acestea.Trecerea conductelor prin pereţi sau planşee se face:

a) protejată în tub de protecţie;b) fără îmbinări în tubul de protecţie.

Tuburile de protecţie pentru instalaţiile interioare, se fixează rigid şi etanş de elementele de construcţie şi depăşesc faţa finită a acestora cu:

a) 10 mm la pereţi şi plafoane;b) 50 mm la pardoseli.

Conductele instalaţiilor de utilizare din hale industriale se amplasează astfel încât să fie protejate împotriva degradării prin:

- lovire directă sau trepidaţii;

- contactul cu lichide corosive;

- contactul îndelungat cu apa;

- radiaţie sau conducţie termică.

Distanţele minime între conductele de gaze naturale şi elementele celorlalte instalaţii se încadrează în prevederile din normativele de specialitate în vigoare.

Capetele conductelor instalaţiilor de utilizare la care nu sunt legate aparate de consum se închid obligatoriu cu dopuri din fontă sau oţel, etanşate, chiar dacă conductele respective sunt prevăzute cu robinete.

Aparate consumatoare de combustibili gazoşi şi arzătoare

În instalaţiile de utilizare se montează numai aparate consumatoare de combustibili gazoşi şi arzătoare care respectă cerinţele esenţiale prevăzute de legislaţia în vigoare şi au marcaj european de conformitate CE.

În clădirile civile şi de locuit nu se admite montarea arzătoarele cu panou radiant cu flacără deschisă.

Arzătoarele cu panou radiant cu flacără deschisă sunt admise numai în spaţii ventilate corespunzător, cu asigurarea următoarelor condiţii:

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

a) evitarea producerii incendiilor prin aprinderea materialelor ca urmare a efectului radiaţiilor termice;

b) încadrarea concentraţiei de noxe în limitele admise de reglementările în vigoare.Alegerea şi montarea arzătoarelor şi aparatelor consumatoare de combustibili gazoşi se face cu respectarea condiţiilor din norme tehnice, instrucţiunilor producătorului şi reglementările în vigoare.

Racordarea aparatelor consumatoare de combustibili gazoşi şi arzătoarelor

Aparatele consumatoare de combustibili gazoşi şi arzătoarele se racordează rigid la instalaţiile interioare.

Aparatele consumatoare de combustibili gazoşi cu debit nominal sub 3 m3/h, precum şi arzătoarele industriale independente utilizate la aparate mobile pot avea şi racorduri flexibile la instalaţia de utilizare, cu respectarea prevederilor referitoare la ventilarea subsolurilor.

Racordurile flexibile utilizate în instalaţiile de utilizare trebuie să respecte cerinţele esenţiale prevăzute de legislaţia în vigoare şi să deţină marcaj european de conformitate

Racordurile flexibile se montează între robinetul de siguranţă şi aparatul consumator de combustibili gazoşi şi trebuie să îndeplinească următoarele condiţii :

a) presiunea nominală pentru care a fost construit racordul să fie egală sau mai mare decât presiunea instalaţiei de gaze naturale la care se racordează;

b) lungime maximă de 1 m şi diametru minim 10 mm, în instalaţii de utilizare cu presiune joasă;c) lungime maximă 20 m şi diametru maxim de 50 mm, în instalaţii industriale cu presiune până la 2

bar;d) trasee la vedere, fără să treacă dintr-o încăpere în alta;e) măsuri de evitare a contactului cu corpuri calde;f) măsuri de evitare a întinderii excesive, agăţării, strivirii sau deteriorării;g) rezistenţă la foc la temperaturi de minim 650 °C;h) rezistenţă la intemperii.

Racordurile flexibile nu au armături de închidere sau dispozitive de reglare.

Nu se admite cuplarea a două sau mai multe racorduri flexibile.

Conectarea aparatelor consumatoare de combustibili gazoşi direct la conducta de distribuţie fără regulator de presiune este interzisă.

Armături de închidere

Robinete de închidere se prevăd:

a) înaintea fiecărui contor;b) pe fiecare ramificaţie importantă;

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

c) pe fiecare conductă care alimentează grupuri de arzătoare montate la aparate, mese de lucru, laboratoare etc.;

d) la baza fiecărei coloane.. Dacă plasarea robinetelor de la baza coloanelor nu se poate face în condiţii de siguranţă şi estetică corespunzătoare, se admite montarea unui singur robinet pentru un grup de coloane, care alimentează maxim 24 puncte de consum;

e) înaintea fiecărui aparat consumator de combustibili gazoşi sau arzător:Numărul robinetelor de închidere care se montează înaintea fiecărui aparat consumator de combustibil gazoşi sau arzător sunt stabilite asfel:

a) în cazul aparatelor consumatoare de combustibili gazoşi racordate rigid, care nu au robinet de manevră propriu , două robinete montate pe conductă;

b) în cazul arzătoarelor şi aparatelor de utilizare consumatore de combustibil gazoşi racordate prin racord flexibil, care nu au robinet de manevră propriu, două robinete montate pe conductă înaintea racordului flexibil;

c) în cazul arzătoarelor şi aparatelor consumatoare de combustibil gazoşi care au racord rigid şi au robinet de manevră propriu, un robinet;

d) în cazul arzătoarelor şi aparatelor consumatore de combustibil gazoşi care au racord flexibil şi robinet de manevră propriu, un robinet.

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

3.3. Stabilirea debitelor de calcul.

Debitele de calcul se determină în funcţie de necesarul de consum şi de factorii de simultaneitate specifici astfel:

a) pentru conductele de distribuţie se prevăd debitele pentru o etapă de perspectivă, în funcţie de:

dezvoltarea zonelor ce vor fi alimentate, pe baza planurilor de urbanism; eventuala modificare a densităţii consumatorilor; schimbările de amplasament ale unor consumatori importanţi; realizarea de noi construcţii în zonă; schimbarea destinaţiei unor construcţii.

b) pentru branşamentele şi instalaţiile de utilizare ale agenţilor economici, societăţilor şi instituţiilor social-culturale, se prevede debitul instalat şi debitul ce poate fi instalat în perspectivă în instalaţiile de utilizare;

c) pentru branşamentele şi instalaţiile de utilizare ale consumatorilor casnici se prevede debitul simultan al tuturor aparatelor consumatoare de combustibili gazoşi din instalaţiile de utilizare; valoarea coeficienţilor de simultaneitate pentru bucătării este dată în Tabelul 3.

Coeficientul de simultaneitate pentru instalaţiile de încălzire centrală este 1.

Tabelul 3 - VALORILE COEFICIENŢILOR DE SIMULTANEITATE PENTRU BUCĂTĂRII

Numărul de apartamente

Coeficientul de simultaneitate

Numărul de apartamente

Coeficientul de simultaneitate

1 1,00 36 0,40

2 0,81 40 0,39

3 0,71 44 0,38

4 0,65 48 0,38

5 0,62 52 0,37

6 0,59 56 0,37

8 0,55 60 0,36

10 0,53 64 0,36

12 0,51 68 0,35

16 0,47 72 0,35

20 0,45 76 0,35

24 0,43 80 0,34

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

28 0,42 Peste 80 0,34

32 0,41

Determinarea debitelor de calcul se face diferit dupã cum este vorba de un sistem de distribuţie, de o reţea de distribuţie într-un ansamblu sistematizat, de un branşament sau de o instalaţie de utilizare.

În reţelele de repartiţie şi în ramurile principale ale reţelelor de distribuţie, adicã în acele pãrţi din reţea care sunt susceptibile a fi solicitate peste capacitatea determinatã la un moment dat, trebuie avute în vedere toate dezvoltãrile de debit posibile în perspectivã adicã acelea care pot apãrea într-un interval de timp determinat, de regulã, egal cu viaţa prescrisã a conductei, la noi cel puţin 20 ani pentru reţelele realizate din conducte de oţel şi mai mare pentru reşelele de conducte din PE . Trebuie avute în vedere sistematizarea şi dezvoltarea viitoare a zonelor deservite, posibilitatea mãririi densitãţii şi modificarea regimului de înalţime a construcţiilor existente etc.

Pentru determinarea debitelor de gaz se foloseşte fie calculul analitic, fie calculul pe bazã de indici.

În ambele cazuri trebuie ţinut seama, în funcţie de starea reţelei, şi de pierderile prin scãpãri.

În general se întâlnesc urmãtoarele tipuri de consumuri de gaze naturale:

1) consumul pentru încãlzit (locuinţe, spaţii cu alte destinaţii);

2) consumuri pentru prepararea hranei (locuinţe, bucãtãrii colective);

3) consumul pentru prepararea apei calde;

4) consumuri pentru dotări şi scopuri comerciale;

5) consumuri industriale.

În timp ce consumurile industriale sunt, în general, caracterizate prin constanţã, continuitate sau periodicitate, consumurile abonaţilor casnici se realizeazã, aproape integral, în aparate cu funcţionare discontinuã (maşini de gãtit, încãlzitoare de apã, aparate pentru înlãlzit etc.).

De aceea, consumul (simultan) instantaneu al unui grup de abonaţi casnici poate fi sensibil diferit de acela realizat ca medie orarã, sau medie zilnicã.

Stabilirea debitelor de calcul nu se face uniform, se calculeazã mai larg pentru osaturile sistemului de distribuţie, de funcţionarea cãrora depinde un mare numãr de consumatori, şi mai strâns pentru ramurile secundare şi cele periferice ale reţelelor de distribuţie.

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

Pentru instalaţii de utilizare se însumeazã debitele nominale ale aparatelor deja instalate sau care urmeazã a fi instalate (ţinând cont de regimul lor de funcţionare) şi se aplică factorii de încãrcare corespunzãtori tipului şi numãrului de aparate.

Debitele nominale ale aparatelor vor fi cele indicate de producãtor.

Pentru ansambluri de locuinţe prevãzute cu încãlzire centralã se recomandã folosirea indicelui de 34 MJ (8,1 Mcal/h.ap.), în medie, în care se cuprinde: prepararea apei calde, prepararea hranei, încãlzirea şi consumurile pentru dotãri.

În fondul vechi de locuinţe, pentru încãlzit, indicii variazã între 0,173 şi 0,34 MJ (0,04 0,08 Mcal.)/h.m3 construit în raport de poziţia localitãţii, tipul construcţiei, încãlzitului etc.

Indicii de consum unitar (pe apartament sau pe persoanã) sunt foarte diferiţi.

Pentru calcul se foloseşte debitul orar, deşi cele mai multe vârfuri au o duratã mult mai scurtã.

Dacã totalul consumului anual Qa s-ar desfãşura uniform, debitul zilnic ar trebui sã fie: Qz = Qa / 365.

Dat fiind cã pentru diverse feluri de utilizãri intervin fluctuaţii care, în medie se gãsesc, pentru consumul menajer (şi încãlzit), în jur de 4/1, între iarnã şi varã, dar care, în anumite situaţii pot ajunge la 7/1 ... 8/1, evident nu se pot folosi mediile orare.

În raport de cele arãtate, când în consum se gãseşte şi încãlzirea, debitul maxim zilnic ar putea fi obţinut din raportul Qz = Qa / 160. Adicã aceasta înseamnã:

La fel debitul orar mediu:

Raportul dintre consumul maxim orar şi consumul mediu orar variazã între 2,5 şi 40.

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

3.4. Metodologia de dimensionare

3.4.1. Noţiuni teoretice.

3.4.1.1. Relaţii generale pentru dimensionarea conductelor de transport şi distribuţia gazelor.

- Ecuaţia de continutate.

Debitul masic QM de gaz este constant prin orice secşiune A a conductei.

Principala caracteristicã a curgerii gazelor prin conducte, o constituie expansiunea acestora, ca urmare reducerii presiunii în lungul conductei, datoritã pierderilor lineare şi locale de sarcinã.

În condiţiile mişcãrii permanente şi uniforme, în proces izoterm, ecuaţia de continutate QM =.v.A. = const., cînd A=constant ia forma particularã:

Deci, în conducte de diametru constant, viteza gazului creşte în sensul curgerii, prin expandare 2 < 1.

În consecinţã,

-Ecuaţia de stare fizică a gazului.

Relaţia de dependenţã a densitãţii gazelor de presiune şi temperaturã, pentru unitatea de masă este:

unde:

R – este constanta gazului [j/kg.K] T – temperatura absolută [K].

Pentru curgere izotermã, se poate scrie:

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

de unde:

şi deci:

reprezentând o altã formã de exprimare a ecuaţiei de continuitate.

- Ecuaţia energiei

Aplicarea ecuaţiei lui Bernoulli fluidelor compresibile şi vâscoase, conduce la urmãtoarea lege de variaţie a presiunii în lungul curentului:

în care poartã numele de coeficient de frecare şi este in funcţie de condiţiile curgerii exprimate prin criteriul Reynolds, respectiv de rugozitatea conductei. Variaţia presiunii pe unitate de lungime este o mãrime negativã.

3.4.1.2. Capacitatea de transport a conductelor

Capacitatea de transport a conductelor funcţionând în regim cu volum variabil

Considerând o conductã de lungime L şi

diametru D, la care curgerea se produce sub

influenţa ecartului de presiune p1 - p2 (fig.11) se

poate scrie ecuaţia pierderilor de sarcinã în

funcţie de parametrii de stare ai gazului din

secţiunea iniţialã. Introducând densitatea şi

viteza cu relaţiile stabilite anterior,

şi

se obţine:

Integrând între 0 şi L, respectiv p1 şi p2, rezultã:

|

Fig. 11

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

sau:

Înlocuind viteza în funcţie de debit,

şi considerând ca stare de referinţã starea normalã, se obţine:

de unde:

Dacã în relaţie se introduc:

- debitul de calcul în condiţii standard (p = 1,013 bara = 101326 N/m2 şi T =

288,15 K) în m3/h;

- presiunile absolute p1 şi p2 la extremitãţile tronsonului, în bari absoluţi (bara) şi

- densitatea relativã a gazului, ,

se obţine formula finalã pentru dimensionarea conductelor funcţionânde cu volum variabil de

presiune redusã şi medie:

în care: T în K, L în Km, D în cm. şi Q în m3/h.

Pentru calculul coeficientului de frecare se recomandã utilizarea relaţiei lui Colebrook-

White:

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

unde, pentru Re se poate utiliza valoarea 2230Q/D, cu debitul în m3/h şi diametrul în cm., iar

rugozitatea absolutã, cu valoarea 0,05cm.

Introducând în relaţia debitului pentru conducte de înaltã presiune,

relaţia debitului se poate pune sub forma:

Pentru a evidenţia modul în care influenţeazã asupra capacitãţii de transport,

parametrii geometrici şi hidrodinamici - diametru, lungime, presiune - se observã cã relaţia

finalã poate fi explicitatã în raport cu parametrul de interes, ca variabilã şi constantã care îi

include pe ceilalţi:

influenţa diametrului:

influenţa lungimii conductei:

influenţa presiunilor la extremităţile tronsonului:

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

Relaţiile anterioare prezintã importanţã pentru verificarea posibilitãţilor de

modificare ale unor instalaţii existente în anumite condiţii impuse. De asemenea, din relaţia

finalã a capacitãţii de transport, pusã sub forma:

se poate determina debitul maxim posibil, teoretic, pentru condiţia p2 0:

Determinarea valorii presiunii medii, între douã secţiuni cu parametri cunoscuţi

Din analiza ecuaţiei de continuitate se constatã cã în cazul

fluidelor compresibile, presiunile nu variazã linear în lungul

curentului. In consecinţã, valoarea medie se determinã prin

integrarea expresiei care reprezintã legea de variaţie a presiunii

(fig.12).

Exprimând debitul în funcţie de presiunile extreme ale trosoanelor 1 - x şi x - 2

şi respectiv,

şi egalând, din condiţia de continuitate, rezultã:

|

Fig. 12

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

respectiv,

Deci presiunea medie va fi:

ceea ce mai poate fi pus sub una din formele:

Capacitatea de transport a conductelor func]ionând în regim cu volum constant de gaz.

În cazul în care diferenţa presiunilor de la extremitãţile tronsonului de calcul este

micã, deci expandarea neglijabilã, gazul poate fi considerat ca un fluid incompresibil,

indiferent de regimul presiunii de lucru, şi în consecinţã viteza v şi densitatea se acceptã cu

valori constante.

Aceastã aproximaţie este cu atât mai bunã cu cât raportul p1/p2 se apropie mai mult

de 1, respectiv cu cât raportul dintre cãderea de presiune între secţiunile de calcul şi

presiunea absolutã şi medie a gazelor este mai mic.

În aceste condiţii, considerând presiunea medie în conductã cu valoarea:

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

şi exprimând în funcţie de aceasta relaţia obţinutã în condiţiile curgerii reale prin integrarea

legii de variaţie a presiunii.

se obţine:

de unde:

Introducând densitatea relativã a gazului şi exprimâmnd debitul în condiţii

standard, cu temperatura în K, diametrul în cm., lungimea în Km şi presiunile p1 şi p2 în bari

absoluţi, se obţine forma uzualã a relaţiei pentru calculul conductelor de presiune

intermediarã şi joasã:

Relaţiile debitului capabil al conductelor pentru transportul gazelor în regim de

curgere cu volum variabil şi respectiv constant au fost transpuse în nomograme de calcul şi

tabele, reproduse în normativul pentru proiectarea instalaţiilor de gaze, I- 6.

3.4.1.3.Influenţa forţei ascensionale.

O conductã verticalã de înãlţime h, care are la bazã presiunea relativã (mãsuratã în

raport cu atmosfera) p1, va avea la vârf presiunea relativã p2.

în care şi a sunt greutãţile specifice ale gazului şi respectiv aerului.

Dacã < a, atunci p2 > p1, iar diferenţa (a - )h constituie forţa ascesorialã a

gazelor.

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

Pentru instalaţiile de joasã presiune din clãdiri înalte, la dimensionare trebuie sã se ţinã

seama de efectul forţei ascensionale, utilizând disponibilul de presiune datorat acesteia pentru

transportul debitelor prin coloane.

3.4.1.4.Calculul pierderilor totale de sarcinã

Dimensionarea conductelor pentreu transportul sau distribuţia gazelor naturale se

face considerând presiunile p1 şi p2 cunoscute.

Întrucât diametrele adoptate (în limitele diametrelor nominalizate) diferã de cele mai

multe ori de diametrele rezultate din calcul, este necesar sã se determine pierderile efective de

sarcinã şi valoarea realã a presiunii în secţiunea finalã.

Pierderile totale de sarcinã se compun din pierderi lineare şi locale, care se calculeazã

cu relaţiile cunoscute la curgerea lichidelor.

unde:

- pierderile lineare:

- pierderile locale:

În mod practic, pierderile locale de sarcinã se echivaleazã cu pierderile lineare

corespunzãtoare unei lungimi echivalente de conductã cu acelaşi diametru. În consecinţã,

lungimea de calcul a fiecãrui tronson se considerã egalã cu suma lungimilor efectivã şi

echivalentã:

Lungimea echivalentã rezultã prin egalarea pierderilor locale de sarcinã cu pierderile

lineare de pe conducta echivalentã:

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

de unde:

Pierderea totalã de sarcinã rezultã în consecinţã:

şi trebuie sã fie mai micã decât diferenţa de presiune disponibilã:

3.4.2.Dimensionarea instalaţiilor de distribuţie si utilizare

3.4.2.1.Determinarea debitelor de calcul

Pentru dimensionarea instalaţiilor de gaze naturale este necesar sã se cunoascã debitele

de calcul, care se stabilesc în raport cu destinaţia instalaţiei, ţinând seama de debitele

nominale ale aparatelor de utilizare şi de simultaneitatea funcţionãrii acestora.

Debitul nominal este cantitatea de gaz la stare normalã, consumatã de un aparat de

utilizare pentru ardere cu randament optim. Este indicat de producãtori pentru fiecare tip de

aparat, la presiunea standardizatã de consum - 200 mm.col.apã.

Instalaţii de utilizare pentru încãlzire

Debitul de calcul se stabileşte pentru încãrcarea maximã a instalaţiei, adicã cu toate

aparatele de consum în funcţiune la debite maxime:

în care Qni - reprezintã debitul nominal al unui aparat.

Instalatii de alimentare cu gaze la bucatarii in locuinte dotate cu incalzire centrala

Debitul de calcul se determina in functie de debitele nominale ale aparatelor de

utilizare, tinând seama de simultaneitatea functionarii, exprimata prin factorul de incarcare,

stabilit in functie de numarul; apartamentelor deservite:

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

in care Qni -este debitul nominal al aparatului, în Nm3/h, considerat pentru bucãtãrii în

blocuri cu valoarea de 0,72Nm3/h.ap., iar Fi - factorul de încãrcare se calculeazã cu relatia:

determinatã prin prelucrãri statistice ale unor mãsurãtori reale.

În Normele tehnice de proiectare a sistemelor de alimentare cu gaze combustibile ,

valorile factorului de încãrcare si a debitelor de calcul sunt precizate în functie de numãrul

de apartamente:

Tabel 1

Nr. ap. F Debite în Nm 3 /h Total De calcul

0 1 2 3 1 2 3 4 51020406080

1,00,550,540,530,520,490,440,390,360,34

0,721,442,162,883,607,2014,428,843,257,6

0,720,801,201,501,803,506,3011,215,619,6

Instalatii de utilizare industralã

Pentru instalatiile industriale si care deservesc dotãri social-culturale, debitul de calcul se determinã în functie de debitele nominale ale aparatelor si agregatelor, tinând seama de regimul de functionare al acestora si simultaneitatea consumurilor:

Debitele de calcul stabilite cu relatiile precizate anterior se folosesc pentru dimensionarea bransamentelor interioare de utilizare. Pentru retelele de distributie, debitele se calculeazã în mod asemãnãtor, tinând seama de totalitatea consumatorilor deserviti în perspectivã si de simultaienitatea consumurilor.

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

3.4.2.2. Stabilirea cãderilor de presiune

Pentru calculul de dimensionare si verificare a instalatiilor este necesar sã se stabileascã cãderile de presiune maxim admisibile.

În cazul instalatiilor si retelelor care alimenteazã direct aparate de utilizare (presiune joasã sau intermediarã), fãrã regulator de presiune, cãderea de presiune p, este limitatã de valoarea fluctuatiei maxime de presiune admisã la aparatele de utilizare si prescrisã prin standardul de fabircatie.

De regulã, se acceptã variatii de debit fatã de debitul nominal de ordinul 10%.

Exprimând debitul arzãtorului în functie de viteza de iesire a gazului prin orificiul acestuia:

si

rezultã:

sau

respectiv:

si deci:

O altã conditie ce trebuie satisfãcutã în acest caz se referã la vitezele limitã între care este asiguratã stabilirea arderii, respectiv, nu existã pericolul de rupere sau de întoarcere a flãcãrii. Aceste valori sunt functie de diametrul orificiului arzãtorului si pentru diametrul maxim de 60 mm, sunt de 17 m/s, viteza maximã la ruperea flãcãrii si respectiv 12 m/s, viteza minimã la întoarcerea flãcãrii.

de unde se deduce:

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

si

Sau:

Căderile de presiune

Căderea de presiune pentru dimensionarea unei conducte, se stabileşte cu relaţia

P = P1 - P2

în care:

P1 este presiunea absolută minimă disponibilă, în bar, la intrarea în conductă;

P2 este presiunea absolută minimă necesară, în bar, la ieşirea din conductă majorata cu 10% pentru compensarea unor factori imprevizibili.

Modalităţi de stabilire a căderilor de presiune pentru dimensionarea conductelor sunt prezentate în figurie de mai jos.

Căderile de presiune stabilite trebuie sa acoperă toate pierderile liniare şi locale.

Pentru reţelele de distribuţie existente, presiunea disponibilă P1 se precizează de operatorul SD.

În cazul unor extinderi ale reţelelor de distribuţie de presiune joasă care alimentează aparatele consumatoare de combustibili gazoşi, cu presiunea nominală de 20 mbar, căderea totală de presiune pentru dimensionarea reţelei de distribuţie şi a instalaţiei de utilizare este de 10 mbar, cu condiţia ca la ieşirea din staţia sau postul de reglare să se menţină presiunea de 30 mbar.

Pentru reţeaua de distribuţie care funcţionează la presiune joasă, inclusiv branşamentul, se consideră căderea de presiune de 5 mbar, diferenţa de 5 mbar fiind necesară dimensionării conductelor instalaţiei de utilizare, inclusiv contorul.

|

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

În instalaţiile de utilizare cu presiune joasă, pentru dimensionarea coloanelor se are în vedere creşterea disponibilului de presiune datorită forţei ascensionale a gazelor naturale.

Disponibilul de presiune produs de forţa ascensională se obţine calculând produsul între valoarea indicată în Tabelul 4 şi înălţimea la care se montează punctul de consum, măsurată de la nivelul regulatorului de presiune.

Tabelul 4 - Disponibilul de presiune produs de forţa ascensională în funcţie de înălţimea punctului de consum faţă de nivelul regulatorului de presiune

Altitudinea locaţiei regulatorului de presiune,

în m

Disponibilul de presiune produs de forţa ascensională în funcţie de înălţimea punctului de consum faţă de nivelul regulatorului de presiune,

în mbar/ m0 0.054

100 0.052200 0.051300 0.050400 0.049500 0.047600 0.046700 0.045800 0.043900 0.042

1000 0.0411100 0.0401200 0.039

Cãderile de presiune admisibile în retelele exterioare de distributie sunt precizate în functie de regimul de presiuni, dupã cum urmeazã:

Pentru retelele de distributie de joasã presiune, (fig.13)

Caderea totalã de presiune pentru dimensionarea retelei de distributie si instalatiei de utilizare este de 100 mm.col.apã, cu conditia ca la iesirea din statia de reglare sã se mentinã presiunea de 300 mm.col.apã.

Pentru retea si bransament se va consuma cãderea de presiune de 50 mm.col.apã, diferenta de 50 mm.col.apã fiind afectatã instalatiei de utilizare.

Pentru retele de distributie de presiune redusã si medie (fig. 13)

Cãderea de presiune pentru ramificatii si bransamente se stabileste ca diferentã între

presiunea disponobilã în punctul de racord , si presiunea necesarã înaintea regulatorului

|

Tabel 2Presiunea P1 p2 pmax

retelei Bari/mm.col.apã

Joasã

Redusã

Medie

PROPRIETĂȚILE GAZELOR

de la capãtul branssamentului . Pentru retelele existente, aceasta se precizeazã de cãtre intreptinderea de distributie a gazelor.

Fig.13. Caderi admisibile de presiune in retelele de gaz: a- de presiune medie;

b - de presiune redusa cu regulator de debit mic la consumator;

c - de presiune redusa cu regulator de tip industrial la capat.

unde:

1. Statie de predare;

2. Statie de reglare de sector;

3. Post de reglare;

4. Statie de reglare la consumator.

|